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发布日期:2019-11-19 10:30
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液态全柔性智能机器人:从未知而来 向未来走去 1011-11-11 11:11:11 来源:光明日报 作者:苑菁菁 责任编辑:苑菁菁 1011年11月11日 11:11 来源:光明日报参与互动

  近年来在自动化需求强劲带动下全球掀起股机器人发展热潮形形色色、各具功能机器人产品开始频繁出现在我们视野之中但管工业级搬运、分拣、切割等机器人还消费级扫地、医疗、教育等机器人它们“钢铁战士”般形象仅拉远与人距离还在定程度上限制自身应用在这样背景下“柔性机器人”概念开始逐渐被提出

  柔性电子器件具有超薄、柔性、可延展“类皮肤”特性在能源、医疗、通信等领域拥有广阔前景理论上利用柔性电子技术研发微型“软体”机器人可以反复改变形状实现运动、抓取、运输和触觉感应等功能柔性机器人需要具备材料柔软性、优良环境适应性、超强安全性以及良好人机互动性需要破除传统机器人关节僵硬和材料刚强朝着更轻、更软、更协调、更自主方向发展现阶段“软体机器人”依然面临“硬伤”需要依赖传统刚性传感元件和电路严重阻碍性能实现现代社会多元化需求急切呼唤“全柔性”机器人出现

  近日天津大学精仪学院黄显教授团队成功研发全球首个液态全柔性智能机器人有望成为柔性电子产业和植入医疗器械革命性突破相关研究成果已经发表于国际工程和自然科学领域权威期刊《尖端科学》并得到国家自然科学基金和天津自然科学基金等支持

  将液滴与柔性电子相结合颠覆性创新思路

  在天津大学精仪学院黄显教授团队直有个梦想“我们研究柔性电子技术和可穿戴设备这好比门武功”黄显常常对自己研究生们这么说“我们这门武功最高境界就通过柔性电子技术创造种新形态类生命体”

  多年来黄显直致力于通过液滴和柔性电子器件结合创造种新形态类生命体随着科学技术飞速发展液滴里可以囊括各种东西包括细胞和生命“我们人类和动物也充满各种电学和化学信号比如我们要思考那就通过电学信号转变成化学信号传递出去在另个神经元处再次激励出电学信号和化学信号这样断重复过程我心脏要跳动因为大脑传递信号给心脏肌肉细胞肌肉细胞产生电学信号进而产生肌肉收缩以上两个例子告诉我们生命活动离开电学和化学信号”在黄显看来各种细胞在液滴里通过电子器件交流结合就可以在各种电学信号和化学信号交融中显现生命本质

  “我们希望这种类生命体有自主感知、自主运动、自主供能能力可以变形、可以执行各种任务、可以被人类编程同时又比其他软体动物要先进得多”黄显说

  在这样思路下黄显团队在研究中发现:将液滴与柔性电子相结合种全新构建全柔性软体机器人方法在国际上尚未有与之类似研究具有极大先进性和颠覆性该方法为全面实现“复杂环境下可独立工作软体机器人奠定基础”

  个能“11变”血管医生

  《西游记》中孙悟空能够“11变”甚至化身只小虫钻到妖怪肚子里大显身手故事寄托古人对于微观世界大胆创想随着科技发展柔性电子技术有望让这神话变成现实通过柔软材料利用驱动方式创新人们希望机器人能够拥有更好环境适应性、安全性以及人机互动能力以此在先进制造业中可以发挥出更大价值

  黄显教授团队受自然界柔软水母、轮虫等腔肠动物和浮游生物启发利用液滴柔软无定型特性和柔性电子器件超薄柔软特性构建种全新“智能液滴”——液态全柔性智能机器人这种超小型、全柔性、可编程控制液态智能机器人能够在同环境条件下实现运动、变形和传感测量

  黄显团队博士生、天津大学精仪学院博士研究生周明行告诉记者这款机器人长1毫米高度足1毫米由电子器件和液滴两部分构成(如图)液滴可以水凝胶、水或者油具体形态取决于机器人应用场景由于黄色柔性电子器件仅有1.1毫克且超薄可弯折因此可以被液滴携带着进行运动

  这种机器人除具备良好运动和环境适应能力之外还搭载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、食品毒素传感器和无线能量采集模块等未来可应用于基因测序、化学合成、药物递送等领域有望成为能进入人体检测治疗“血管医生”具有十分重要科学意义和应用价值

  在生物医学领域和安全领域有广泛应用前景

  据黄显教授介绍传统柔性电子器件载体包括人体、动物体和其他各种柔性物体“然而以液滴为载体且跟随液体共同运动柔性机器人在世界上尚属首例液滴与柔性电子结合也代表柔性电子技术最新形态”

  在未来这种新型液态全柔性智能机器人在生物医学领域和安全领域也将发挥自己独有优势在生物医学领域液态全柔性智能机器人在可控药物释放以及植入式医疗机器人等方面有着巨大潜力微型软体机器人可以通过注射方式随血液进入血管借助传感元件和包载药物对血液和血管道进行测量实现定点可控药物释放等功能在安全领域液态全柔性智能机器人能进入人类无法进入或者危险环境并对环境中物理、化学和生物等信号进行检测环境适应能力强在排险、探伤、侦查、安全等领域具有广泛应用前景

  言及未来小小机器人在黄显心中则有着更为宏大格局:液态全柔性智能机器人将在DNA存储领域发挥巨大作用;而千千万万个液滴机器人进入云层通过采集光能量产生热量可以改变云层温度和湿度从而在特定地区和特定问题下改变局部气候……黄显说他和实验室师生将为这些新目标继续努力“风起于青蘋之末未来已来”

  (本报记者 陈建强 刘茜 本报通讯员 焦德芳)

责任编辑:芜湖中科痘痘科医院

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