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加快打造原始創(chuàng)新策源地，加快突破關(guān)鍵核心技術(shù)，努力搶占科技制高點(diǎn)，為把我國(guó)建設(shè)成為世界科技強(qiáng)國(guó)作出新的更大的貢獻(xiàn)。

——習(xí)近平總書(shū)記在致中國(guó)科學(xué)院建院70周年賀信中作出的“兩加快一努力”重要指示要求

面向世界科技前沿、面向經(jīng)濟(jì)主戰(zhàn)場(chǎng)、面向國(guó)家重大需求、面向人民生命健康，率先實(shí)現(xiàn)科學(xué)技術(shù)跨越發(fā)展，率先建成國(guó)家創(chuàng)新人才高地，率先建成國(guó)家高水平科技智庫(kù)，率先建設(shè)國(guó)際一流科研機(jī)構(gòu)。

——中國(guó)科學(xué)院辦院方針

首頁(yè) > 科研進(jìn)展

深圳先進(jìn)院研發(fā)出受章魚(yú)啟發(fā)的多功能微型軟體機(jī)器人

2020-01-16 深圳先進(jìn)技術(shù)研究院

【字體：大中小】

語(yǔ)音播報(bào)

　　自然界中存在多種動(dòng)植物能夠動(dòng)態(tài)地改變自身的形貌、外觀(guān)、尺寸以適應(yīng)外界環(huán)境的變化或躲避天敵。受自然界啟發(fā)，研究者們開(kāi)始模仿動(dòng)植物的功能來(lái)構(gòu)筑仿生軟體機(jī)器人來(lái)執(zhí)行特定的任務(wù)。然而，已有報(bào)道的微型軟體機(jī)器人由于機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及材質(zhì)選擇限制，導(dǎo)致大多微型軟體機(jī)器人欠缺自適應(yīng)特性，極大限制其應(yīng)用。

　　基于杜學(xué)敏團(tuán)隊(duì)前期在智能變形與變色材料的研究基礎(chǔ)（Research, 2019, 2019, 6398296; Matter, 2019, 1, 626; Adv. Mater. 2017, 29, 1702231; Adv. Funct. Mater., 2018, 28, 1801027; J. Mater. Chem. A, 2018, 6, 24748；Adv. Mater. Technol., 2017, 2, 1700120），研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)仿生章魚(yú)，創(chuàng)新性地提出分段式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：將磁響應(yīng)釹鐵硼顆粒僅設(shè)計(jì)在溫敏性水凝膠的頭部，作為驅(qū)動(dòng)單元；將反蛋白石多孔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在透明的溫敏水凝膠的尾部，作為功能單元。通過(guò)實(shí)時(shí)調(diào)控磁場(chǎng)方向與頻率，微型軟體機(jī)器人展現(xiàn)出爬行、滾動(dòng)、擺動(dòng)、螺旋性推進(jìn)等多模態(tài)運(yùn)動(dòng)，能夠精準(zhǔn)地穿梭通過(guò)2 mm高的隧道，及450 μm寬的狹窄通道；與此同時(shí)，在遇到孔洞尺寸比機(jī)器人自身尺寸還小時(shí)，微型軟體機(jī)器人在光熱作用下甚至可以縮小至原身體尺寸的35%，進(jìn)而自由穿過(guò)小于自身尺寸的狹窄空間；更有意思的是，由于水凝膠的高透明性，從而使得微型軟體機(jī)器人在復(fù)雜環(huán)境里具有優(yōu)異的光學(xué)偽裝功能，而且當(dāng)環(huán)境溫度變化時(shí)，反蛋白石多孔結(jié)構(gòu)的尾部還能通過(guò)顏色變化實(shí)時(shí)感知周邊環(huán)境溫度變化。這種集成智能材料的微型軟體機(jī)器人不僅為新一代軟體微型機(jī)器人設(shè)計(jì)提供了新的思路，而且融合材料智能特性與機(jī)器人運(yùn)動(dòng)功能有望拓展在生物醫(yī)學(xué)、環(huán)境監(jiān)測(cè)等多個(gè)領(lǐng)域應(yīng)用。

　　該系列研究工作得到國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家自然基金、廣東省、深圳市等的科技項(xiàng)目資助。

　　論文鏈接

圖：多功能微型軟體機(jī)器人的構(gòu)筑及其多模態(tài)運(yùn)動(dòng)、變形、偽裝、變色等多功能

　　近日，中國(guó)科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院醫(yī)工所納米調(diào)控研究中心杜學(xué)敏團(tuán)隊(duì)與智能仿生中心吳新宇和徐天添團(tuán)隊(duì)合作，研發(fā)出受章魚(yú)啟發(fā)的多功能微型軟體機(jī)器人，集成多模態(tài)運(yùn)動(dòng)、可控變形、光學(xué)偽裝、可視化感知環(huán)境等功能于一體，極大提升了軟體機(jī)器人在復(fù)雜限域空間內(nèi)運(yùn)動(dòng)與執(zhí)行多重任務(wù)的能力。研究成果以Reconfiguration, Camouflage and Color-shifting for Bioinspired Adaptive Hydrogel-based Millirobots 為題，發(fā)表于《先進(jìn)功能材料》（Advanced Functional Materials)。研究員杜學(xué)敏、助理研究員崔歡慶、副研究員徐天添為共同第一作者，杜學(xué)敏與吳新宇為共同通訊作者，深圳先進(jìn)院為唯一通訊單位。
　　自然界中存在多種動(dòng)植物能夠動(dòng)態(tài)地改變自身的形貌、外觀(guān)、尺寸以適應(yīng)外界環(huán)境的變化或躲避天敵。受自然界啟發(fā)，研究者們開(kāi)始模仿動(dòng)植物的功能來(lái)構(gòu)筑仿生軟體機(jī)器人來(lái)執(zhí)行特定的任務(wù)。然而，已有報(bào)道的微型軟體機(jī)器人由于機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及材質(zhì)選擇限制，導(dǎo)致大多微型軟體機(jī)器人欠缺自適應(yīng)特性，極大限制其應(yīng)用。
　　基于杜學(xué)敏團(tuán)隊(duì)前期在智能變形與變色材料的研究基礎(chǔ)（Research, 2019, 2019, 6398296; Matter, 2019, 1, 626; Adv. Mater. 2017, 29, 1702231; Adv. Funct. Mater., 2018, 28, 1801027; J. Mater. Chem. A, 2018, 6, 24748；Adv. Mater. Technol., 2017, 2, 1700120），研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)仿生章魚(yú)，創(chuàng)新性地提出分段式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：將磁響應(yīng)釹鐵硼顆粒僅設(shè)計(jì)在溫敏性水凝膠的頭部，作為驅(qū)動(dòng)單元；將反蛋白石多孔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在透明的溫敏水凝膠的尾部，作為功能單元。通過(guò)實(shí)時(shí)調(diào)控磁場(chǎng)方向與頻率，微型軟體機(jī)器人展現(xiàn)出爬行、滾動(dòng)、擺動(dòng)、螺旋性推進(jìn)等多模態(tài)運(yùn)動(dòng)，能夠精準(zhǔn)地穿梭通過(guò)2 mm高的隧道，及450 μm寬的狹窄通道；與此同時(shí)，在遇到孔洞尺寸比機(jī)器人自身尺寸還小時(shí)，微型軟體機(jī)器人在光熱作用下甚至可以縮小至原身體尺寸的35%，進(jìn)而自由穿過(guò)小于自身尺寸的狹窄空間；更有意思的是，由于水凝膠的高透明性，從而使得微型軟體機(jī)器人在復(fù)雜環(huán)境里具有優(yōu)異的光學(xué)偽裝功能，而且當(dāng)環(huán)境溫度變化時(shí)，反蛋白石多孔結(jié)構(gòu)的尾部還能通過(guò)顏色變化實(shí)時(shí)感知周邊環(huán)境溫度變化。這種集成智能材料的微型軟體機(jī)器人不僅為新一代軟體微型機(jī)器人設(shè)計(jì)提供了新的思路，而且融合材料智能特性與機(jī)器人運(yùn)動(dòng)功能有望拓展在生物醫(yī)學(xué)、環(huán)境監(jiān)測(cè)等多個(gè)領(lǐng)域應(yīng)用。
　　該系列研究工作得到國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家自然基金、廣東省、深圳市等的科技項(xiàng)目資助。
　　論文鏈接
　　圖：多功能微型軟體機(jī)器人的構(gòu)筑及其多模態(tài)運(yùn)動(dòng)、變形、偽裝、變色等多功能

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