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现实生活中的鲸鱼激发了生物混合机器人

新罕布什尔州汉诺威 - 2019年5月15日 - 达特茅斯学院和香港城市大学Thayer工程学院的研究人员从生物学和玩具架中汲取灵感,开发出一种带有光控蜂窝引擎的游泳机器人靶向给药。

研究人员将心脏组织工程,3D打印机翼结构和光敏凝胶相结合,生产出具有启停功能的软机器人。可切换装置在暴露于穿透皮肤的近红外光时会改变其形状,使其在人体血流等流体环境中驱动和制动。

可变形装置显着提高了设计用于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,并建议对尺寸和形状等设计元素进行更改。

“利用这项技术,我们可以创造具有前所未有的机动性的软变形机器人,”Thayer工程助理教授Zi Chen说。“我们的灵感来自具有不同配置和功能的可变形玩具。结果是没有玩具,它可能会改变人们的生活。”

活生物体能够改变形状以执行特定动作。一只刺猬蜷缩成一个防守球。鸟儿张开翅膀飞翔。诸如维纳斯捕蝇草等食虫植物开启和关闭。这项新研究是开发机器人的长期努力的一部分,这些机器人模仿了自然界中发现的这种变形行为。

为了有效,新一代机器人需要节能,并且必须能够响应不同类型的刺激,如光或热。

虽然已经存在这些类型的机器人的例子,但是研究人员一直在努力创造一种能够流畅地改变其形状以允许其按需开始和停止移动的装置。大多数现有系统还依赖于由于其几乎恒定的温度而难以在人体中刺激的温度变化。

“使用光线控制机器人运动的能力创造了一个功能更强大的装置,可以高精度地操作,”Thayer的Chen研究实验室最近的博士毕业生Xiaomin Han表示。

遥控机器人由尾鳍驱动,模仿鲸鱼的游泳动作。该结构以飞机机翼的形状进行3D打印,然后涂有心肌细胞。与心肌细胞导致心脏连续搏动的方式相同,它们也通过恒定的波动作用推动该生物混合装置。

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。在没有光线的情况下,翅膀展开,允许心脏细胞向前推进。当暴露在光线下时,浮动平面缩回其机翼,使其停止。

“心脏肌肉不断搅动,但他们无法克服机翼的阻力,”陈说。“这就像在紧急制动器上打开加速踏板一样。”

机器人对近红外光的高灵敏度创造了一种响应速度,几乎可以立即改变机翼形状,使其具有高度的机动性。在这项研究中,研究人员利用浮动平面机器人的“前所未有的可控性和响应性”作为货物载体,对癌细胞进行靶向药物输送。

“我们真的放弃了对癌细胞的毒品炸弹,”陈说。“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发展铺平了道路。”

生物混合机器人可以生产各种尺寸,范围从几毫米到几十厘米。这种可扩展性使其具有良好的灵活性,可以在困难的环境中承担与导航和监视相关的任务。

一项描述该研究的研究首次出现在3月下旬的学术期刊Small上。

在目前的研究中,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线对准机器人上的单独机翼,以便可以更精确地操纵它。

本研究由香港城市大学的彭石和徐秉哲共同完成。来自新加坡国立大学的Yuwei Hu和Chia-Hung Chen以及湖北工业大学的Yiming Luo也参与了这项研究。

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