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液滴与柔性电子相遇,让机器人实现“72变化”

[电线电缆网]新闻

在《西纪行》,孙悟空“72变”化身为一条虫子,进入魔鬼的肚子里展示他的威力。这个故事展示了前人对微观世界的勇敢和创造性的思考。最近,天津大学精细机械学院的黄贤教授团队成功开发了世界上第一个液体全柔性智能机器人。能够“72个改变”的“血管医生”让神话变成了现实。相关研究成果最近发表在国际工程和自然科学领域的权威期刊《尖端科学》上,并得到了国家自然科学基金和天津市自然科学基金的资助。

今朝软体机械人存在“硬伤”

现在机器人技术已经应用到各个领域。有一种机器人可以根据它的地理位置自由改变它的结构和外观,并且具有机动性、变形和传感测量能力。这种机器人被称为无定形软机器人。

“这种机器人基于柔性电子设备的超薄、柔性和可扩展的皮肤状特征。这是一个由柔性电子设备开发的微型软机器人。它不仅能频繁改变形状,还能实现运动、抓取、运输和触觉感知等功能黄贤教学团队成员、博士生周明星表示,黄贤在生物医学领域和安全领域有自己独特的优势。在生物医学领域,非晶柔性机器人在药物控制释放和植入式医疗机器人等方面具有巨大的潜力。微型软机器人可以通过注射进入带血的血管,借助传感元件和截留药物测量血液和血管,实现定点控制药物释放等功能。在安全领域,无定形的软件机器人可以进入人类不能进入或处于危险中的情况,并在这些情况下检测物理、化学和生物信号。它们对这种情况有很强的适应性,在除险、探伤、检测和军事安全领域有着广泛的应用前景。

“在现阶段,已经存在或正在研究的软件机器人仍有一些“硬伤”周明兴解释说,这是因为目前,柔性电子设备主要是附着或集成有机,机械和电子产品。依赖性往往是固定的,它们的活动是有限的。部门软件机器人可以实现运动、抓取、运输和触觉感知等功能,但这些功能的实现主要依赖于传统的刚性传感元件和电路,尚未实现身体和功能电路的完全柔性组织,严重阻碍了血管和裂缝等功能的实现,而这些功能是普通软件机器人无法达到或过程狭窄的。这需要一个完全灵活的、非固定的形式,就像一个液体机器人表演,来满足这一需求。

“智能液滴”有望成为血管大夫

如何制造完全柔性的机器人?受自然界中腔肠动物和浮游生物如水母和轮虫的启发,黄贤的团队利用液滴的柔软无定形特性和柔性电子器件的超薄柔软特性,构建了一种新的“智能液滴”——液体全柔性智能机器人。首次实现了柔性机器人活动载体和功能测量装置的全柔性和可编程控制。

周明兴介绍,该团队基于微纳加工技术构建了超薄(厚度小于10微米,相当于十分之一发丝)多功能柔性电子器件,操纵液滴浮力和外张力特性,将柔性电子器件悬浮在液滴轮廓中,在此过程中改变液滴类型和器件设计,在电流发散和约束的前提下实现了运动、变形、传感测量等“智能液滴”功能。

这种“智能滴头”可以将电子设备输送到指定位置并完成功能组装。周明兴说:“我们通过将四氧化三铁纳米粒子混入水滴来控制磁场,这样‘智能水滴’就可以以226厘米/分钟的速度进行可编程活动。在活动过程中,当遇到微小的裂缝和凸起的轮廓时,“智能液滴”可以自由变形,通过障碍物到达指定的位置,然后回到原来的状态

当遇到需要多种功能的“智能液滴”的情况时,为了不增加整体尺寸,可以将每种功能区分为“智能液滴”。首先,当这些“构件”到达它们的指定位置并操纵三维磁场时,它们可以被组装和集成。

液滴与柔性电气设备的连接是构建全柔性软机器人的一种全新的思路和方法,为在复杂环境下完全实现自主工作的软机器人奠定了基础。周明兴暗示这种方法给时间和劳动消耗的研究带来了方便。高通量可编程控制的特点使其适用于基因测序、化学合成、药物输送和微组装等。这需要精确控制和连续检测。有望成为一名能够进入人体检测和治疗的“血管医生”,具有非常重要的科学意义和应用价值。(陈通讯员焦)

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