陈曦 通信员 焦德芳
《西纪行》中孙悟空“72变”化身小虫，钻到魔鬼肚子里年夜显身手的故事，依靠了前人对微不雅世界的年夜胆创想。近日，天津年夜学精仪学院黄显传授团队成功研发全球首个液态全柔性智能机械人，有看成为柔性电子财产和植进医疗器械的革命性冲破，能72变的“血管大夫”让神话成为实际。相干研究功效近期颁发于国际工程和天然科学范畴权势巨子期刊《尖端科学》，并获得国度天然科学基金和天津天然科学基金等撑持。
多功能柔性电子器件的集成
“软体机械人”面对“硬伤”
现在机械人手艺已被利用到各个范畴，有一类机械人可以按照所处的地舆情况，自由肆意的改变其布局和外不雅，具有活动能力、变形能力和传感丈量能力，这类机械人被称为“无定形软体机械人”。
“这类机械人是基于柔性电子器件所具有的超薄、柔性、可延展的“类皮肤”特征，操纵柔性电子手艺研发的微型“软体”机械人可以频频改变外形，实现活动、抓取、运输和触觉感应等功能。”黄显传授团队成员博士研究生周明行先容说，其在生物医学范畴和平安范畴有着本身独占的上风。在生物医学范畴，无定形软体机械人在可控药物开释和植进式医疗机械人等方面有着庞大的潜力，微型软体机械人可以经由过程打针体例随血液进进血管，借助传感元件和包载药物，对血液和血管道进行丈量，实现定点可控药物开释等功能。在平安范畴，无定形软体机械人能有进进人类没法进进或危险的情况，并对情况中物理、化学和生物等旌旗灯号进行检测，情况顺应能力强，在排险、探伤、侦察、军事平安范畴具有普遍的利用远景。
液态全柔性智能机械人的活动和变形。图片由天津年夜学供给
“不外在现阶段，已有的或在研的“软体机械人”仍然面对着一些‘硬伤’。”周明行诠释说，这是由于，今朝柔性电子器件首要贴附于或集成在有机体、机械和电子产物上工作，凭借物常常位置固定，其勾当规模受限。部门软体机械人固然可以实现活动、抓取、运输和触觉感应等功能，但是这些功能的实现首要依靠于传统的刚性传感元件和电路，还没有做到机体和功能电路的全柔性机关，严重阻碍了机能的实现，好比在狭小的血管、裂缝中，通俗的软体机械人都是没法进进或经由过程的。这就需要全柔性、无固定形态，像液体一样的机械人呈现，来知足这类需求。
受水母、轮虫开导研发“智能液滴”
怎样才能制玉成柔性的机械人呢？黄显传授团队受天然界柔嫩的水母、轮虫等腔肠动物和浮游生物的开导，操纵液滴的柔嫩无定形特征和柔性电子器件的超薄柔嫩特征，构建了一种全新的“智能液滴”——液态全柔性智能机械人，初次实现了软体机械人活动载体和功能丈量器件的全柔性化和可编程控。
周明行先容说，团队基于微纳加工手艺建造出超薄（厚度小于10微米，相当于头发丝的十分之一）多功能柔性电子器件，操纵液滴浮力和概况张力等特征，将柔性电子器件悬浮于液滴概况，经由过程改变液滴种类和器件设计，实现分歧情况和节制前提下智能液滴的活动、变形和传感丈量等功能的多使命履行。
这类“智能液滴”可以将电子器件送达至方针指定位置并完成功能组装。周明行先容说：”我们经由过程在水液滴中掺进四氧化三铁纳米颗粒，操纵磁场节制，使智能液滴可以以226cm/秒的速度进行可编程化活动。在活动进程中，碰到藐小夹缝、突出概况时，‘智能液滴’可随便‘变形’经由过程障碍物，达到指定位置后恢回复复兴状。”当碰到需要多种功能的“智能液滴”时，为了不增添整体年夜小，还可以把每种功能别离建造成智能液滴，当这些“成员”达到指定地址，操纵三维磁场操控，就可以把这些功能组装集成起来。
“智能液滴”可集成多种功能
“智能液滴”要想具有十八般技艺，就需要在柔性电子器件上集成多种传感器，如温度传感器、湿度传感器、光学传感器、应力传感器、葡萄糖传感器、食物毒素传感器和无线能量收集模块。“我们在集成的进程中发现，部门电子元器件都过厚，最薄的也都在200微米摆布，没法知足智能液滴的建造需求。”周明行先容说，我们借助尝试室微纳加工手艺、机械研磨和转印手艺实现了柔性电子器件变薄。今朝，“智能液滴”可实此刻静态和动态状况下，对情况中的物理、化学和生物等旌旗灯号的丈量和收集。
操纵液滴和柔性电器器件连系是一种全新的构建全柔性软体机械人的思绪、方式，该方式为周全实现复杂情况下可自力工作的软体机械人奠基根本。周明行暗示，这类方式给时候和劳动耗损型研究带来了便当。高通量可编程节制的特点，使其可利用于基因测序、化学合成、药物递送和微组装等需要切确操控和延续检测范畴，有看成为能进进人体检测医治的“血管大夫”，具有十分主要的科学意义和利用价值。
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