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  區(qū)別于傳統(tǒng)的具有機(jī)械結(jié)構(gòu)的剛性機(jī)器人，軟體機(jī)器人以其靈巧的結(jié)構(gòu)變化的優(yōu)勢(shì)被成功地應(yīng)用于易碎貨物抓取、生物仿生學(xué)智能電子、和體內(nèi)藥物精準(zhǔn)遞送等領(lǐng)域。機(jī)器人的特殊功能實(shí)現(xiàn)往往取決于其靈巧的結(jié)構(gòu)變化。對(duì)于磁控軟體機(jī)器人，其變形主要由其磁化形式?jīng)Q定，因此實(shí)現(xiàn)可編程磁化能夠提高機(jī)器人的變形多樣性。目前報(bào)道的磁控軟體機(jī)器人由于磁化形式的約束，其變形多為彎折變形，而具有多個(gè)曲面變形結(jié)構(gòu)的磁控軟體機(jī)器人鮮有報(bào)道，這也是目前研究的一大難點(diǎn)。同時(shí)，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的多功能性，比如環(huán)境感知，定位等能夠進(jìn)一步增強(qiáng)其作用效果以及擴(kuò)展其應(yīng)用領(lǐng)域。而多種材料的無(wú)縫整合可以實(shí)現(xiàn)這一目的，這也是目前小尺度軟體機(jī)器人研究的熱點(diǎn)。

  鑒于以上磁控軟體機(jī)器人存在的問(wèn)題，香港中文大學(xué)機(jī)械與自動(dòng)化工程學(xué)系張立教授團(tuán)隊(duì)，與香港城市大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)系張甲晨教授團(tuán)隊(duì)和卡耐基梅隆大學(xué)機(jī)械工程系Carmel Majidi教授團(tuán)隊(duì)合作，成功開(kāi)發(fā)出模塊組裝的策略，用于可編程磁控多功能軟體機(jī)器人的研究及其應(yīng)用。該策略可實(shí)現(xiàn)機(jī)器人多樣的結(jié)構(gòu)變化，也可實(shí)現(xiàn)具有不同材料性質(zhì)的多功能模塊的組裝，旨在提高小尺度軟體機(jī)器人的多功能性和應(yīng)用前景。研究成果以“Untethered small-scale magnetic soft robot with programmable magnetization and integrated multifunctional modules”為題刊登于國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《Science Advances》。論文第一作者為香港中文大學(xué)博士后董悅博士。

  如圖1所示，該研究利用雙面膠帶上不干膠優(yōu)異的粘附性能，首先實(shí)現(xiàn)了釹鐵硼顆粒組成的磁化模塊（連續(xù)磁化和非連續(xù)磁化）在軟體機(jī)器人平面結(jié)構(gòu)的特定部位的組裝，之后通過(guò)機(jī)械切割去除多余的雙面膠帶就得到了軟體機(jī)器人。在磁場(chǎng)刺激下，軟體機(jī)器人表現(xiàn)出了靈巧的結(jié)構(gòu)變化。在軟體機(jī)器人上未被磁化模塊占有的位置，仍然具有不干膠的粘性，這樣其它功能模塊（溫度感應(yīng)模塊，紫外感應(yīng)模塊，pH響應(yīng)模塊，吸油模塊，定位模塊和導(dǎo)電模塊）就可以在不干膠的作用下實(shí)現(xiàn)無(wú)縫整合。組裝的多功能軟體機(jī)器人在環(huán)境感知與監(jiān)測(cè)、電路修復(fù)和胃潰瘍治療等領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用前景。

  近五年來(lái)，張立教授課題組在磁驅(qū)動(dòng)小型機(jī)器人領(lǐng)域發(fā)表了超過(guò)一百篇學(xué)術(shù)論文，實(shí)現(xiàn)了從毫米、微米到納米機(jī)器人及其集群行為的研究與應(yīng)用。部分成果如下：Nature Machine Intelligence, 2022, 4(5): 480-493.；Matter, 2022, 5(1): 77-109.; Adv. Mater., 2022: 2201888.; Adv. Mater. 2022, 2109126; Adv. Funct. Mater., 2022: 2112508.; Sci. Robot., 2021, 6(52): eabd2813.; Sci. Adv., 2021, 7(9): eabe5914.; Adv. Mater., 2021, 33(37): 2100070.; ACS Nano, 2021, 15(3): 5056-5067.; Nat Commun 10, 5631 (2019); Sci. Adv., 2019, 5(1): eaau9650.; Nat Commun 9, 3260 (2018).

  下載：Untethered small-scale magnetic soft robot with programmable magnetization and integrated multifunctional modules