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Aquabots:用于生物医学和环境应用的超软液体机器人
2022年08月21日    阅读量:508     新闻来源:中国机械网 okmao.com    |  投稿

近年来,机器人学家开发了各种各样的具有不同身体结构和能力的机器人系统。这些机器人大多由金属等硬材料或硅和橡胶等软材料制成。

香港大学(HKU)和劳伦斯伯克利国家实验室(LawrenceBerkeley National Laboratory)的研究人员最近发明了Aquabots,这是一种新的软机器人,主要由液体制成。由于大多数生物系统主要由水或其他水溶液组成,在ACS Nano上发表的一篇论文中介绍的新机器人可能具有非常有价值的生物医学和环境应用。

Ho Cheung(Anderson)Shum、Thomas P.Russell和Shipei Zhu通过电子邮件告诉TechXplore:“我们一直致力于利用纳米颗粒和聚电解质在油水和水-水界面上开发自适应界面组装材料。”。“我们的想法是组装界面和组件锁定在液体形状中的材料。这些形状由外力决定,以生成任意形状,或使用全液体3D打印来空间组织组件。”

Shum、Russell、Zhu和他们的同事将全液体3D打印技术与水两相组装(ATP)相结合,这是一种组装3D结构的策略,以实现模拟生物系统的人工构建。ATP是由沈教授领导的香港大学研究小组的重点领域。

最近这篇论文的灵感来自于当时香港大学的研究生朱,他开始思考将磁性纳米颗粒集成到ATPS组装系统中的可能性。这将允许他们使用外部磁场来引导ATPS结构的运动,这将产生超软、灵活且可适用于特定功能的机器人系统。

“我们的论文是朱棣文辛勤劳动的结晶,”沈和罗素说。“目前的软机器人是为聚(二甲基硅氧烷)等材料制造的,这些材料具有很大的灵活性,但也有局限性,例如压缩它们的程度。用特定的化学功能对它们进行功能化对于材料的捕获和输送很重要,但很困难。Aquabots克服了这些局限性。”

这个研究小组介绍的机器人是在水环境中组装的。这意味着它们可以在水环境中操作,也可以适于使用水溶性化合物完成特定任务。

Russell和Zhu说:“水上机器人创造了复制生物灵感材料和特征的新机会,如动态渗透性和分隔性。”。“机器人是完全水性的,里面有水,外面有水。它们很容易被功能化,具有生物相容性,因此不难想象生物应用,即在体内,这种结构可以使用。”

团队最近的论文中介绍的Aquabot结构非常简单,因为它们是一个演示如何组装的原型。然而,在未来,同样的过程可以用于创建更复杂的结构,以处理更高级的任务。

Shum、Russell和Zhu说:“我们的研究证明了基于水性制造构建机器人和执行机器人功能的能力,并启发了类似水性机器人的设计,用于生物医学微操作等应用。”。“想象一下,有一个简单的管状结构,其中嵌入了功能,可以让你在身体中制造特定的结构,一个自组装机器人,可以让零件穿过非常狭窄的通道进入一个更大的隔间,在那里,柔软、灵活的零件可以自组装执行任务,然后拆卸和移除。”

在未来,水上机器人可以为许多现实世界的生物医学和环境应用提供令人兴奋的可能性。例如,它们可以用于将药物输送到人体内的特定位置,对人体组织进行生物工程,并人工执行特定生物系统的功能。

“我们现在正试图在机器人的装配中加入水凝胶,这样我们就可以实现完全可逆的形状变化,”Shum补充道。“在我们的下一步工作中,除了论文中演示的概念验证机械操作和化学反应之外,还值得研究Aquabot平台所支持的其他属性和功能。将其与其他微流体和机器人方法结合起来,以实现新的应用,将是一件有趣的事情。”

漏 2022科学X网络

标签:机械应用人工智能技术中心系统及软件医用机器人
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