玩具变形金刚和现实中的鲸鱼启发了生物混合机器人

2023-03-17 来源：潍坊农业机械网

达特茅斯学院塞耶工程学院和香港城市大学的研究人员从生物学和玩具架子中汲取了灵感，开发了一种带有光控细胞引擎的游泳机器人，该引擎可以实现高度针对性的药物递送。

研究人员将心脏组织工程技术，3D打印的机翼结构和光敏凝胶结合起来，生产出具有起停功能的软机器人。当暴露于穿透皮肤的近红外光时，该可切换设备会改变其形状，从而使其在诸如人血流这样的流体环境中行驶和制动中国机械网okmao.com。

这种可变形的设备极大地提高了旨在在人体和其他非常规工作环境中工作的机器人的实用性。

香港城市大学的研究团队制作了原始的机器人设计并进行了实验测试。达特茅斯团队对设备进行了机械和数值分析，并建议对设计元素（如尺寸和形状）进行更改。

Thayer的工程学助理教授Zi Chen说：“借助这项技术，我们可以创造出具有前所未有的可操作性的可变形软机器人。” “我们的灵感来自具有不同配置和功能的可变形玩具。结果就是没有玩具，它可能从字面上改变人们的生活。”

活生物体能够改变形状以执行特定的动作。刺猬ho成一团防御。鸟展翅飞翔。食肉植物，如维纳斯捕蝇器打开和关闭。这项新研究是开发模仿自然界中这种形状变化行为的机器人的长期努力的一部分。

为了有效发挥作用，新一代机器人必须具有能源效率，并且它们必须能够对不同类型的刺激（例如光或热）做出反应。

尽管已经存在此类机器人的示例，但研究人员一直在努力创建一种可以流畅地改变其形状以允许其按需启动和停止移动的设备。大多数现有系统还依赖于温度变化，由于其温度几乎恒定，因此很难在人体中刺激。

“利用光控制机器人运动的能力创造了一种功能更强大的设备，可以高精度地进行操作，”最近获得博士学位的韩小敏说。毕业于Thayer的Chen研究实验室。

遥控机器人由模仿鲸鱼游泳动作的尾鳍驱动。结构以飞机机翼的形状进行了3D打印，然后涂上心肌细胞。以与心肌细胞导致心脏连续跳动相同的方式，它们还通过恒定的起伏作用来推动这种生物混合装置。

为了控制机器人的运动，研究人员将光敏水凝胶应用于机翼。在没有光照的情况下，翅膀展开，使心脏细胞将其向前推动。当暴露在光线下时，浮动飞机会缩回其机翼，使其停止。

陈说：“心脏的肌肉一直在搅动，但它们无法克服翅膀的制动力。” “这就像在紧急制动打开的情况下踩油门踏板一样。”

该机器人对近红外光的高灵敏度产生了很高的响应速度，几乎可以立即改变机翼的形状，从而使其具有很高的机动性。在这项研究中，研究人员使用浮空机器人的“前所未有的可控制性和响应性”作为载货载体来针对癌细胞进行靶向药物输送。

陈说：“我们实际上是在癌细胞上投下了炸弹。” “可转换概念的实现为下一代智能生物混合机器人系统的潜在开发铺平了道路。”

这种生物杂交机器人的生产尺寸可以从几毫米到几十厘米不等。这种可伸缩性使其在困难环境中承担与导航和监视有关的任务时具有很好的灵活性。

一项描述该研究的研究首次出现在学术期刊Small中在三月下旬。

在当前的研究中，研究人员通过使用光来控制整个机器人的起停运动。未来的研究将使用光来瞄准机器人上单独的机翼，以便可以更精确地操纵它。

这项研究是由香港城市大学的史鹏和徐炳哲进行的。新加坡国立大学的Yuyu Hu和Chena-Hung以及湖北工业大学的Lu Yiming也为这项研究做出了贡献。