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cyqdesign

2025-09-14 22:52

一種新型光驅(qū)動晶格軟體微型機器人

近日，武漢光電國家研究中心熊偉教授團隊提出了一種新型光驅(qū)動晶格軟體微型機器人。研究團隊受自然界微生物多樣運動方式的啟發(fā)，結(jié)合激光微納制造與水凝膠材料特性，設(shè)計出具備晶格結(jié)構(gòu)的軟體微型機器人，能夠在光場調(diào)控下實現(xiàn)蠕動、旋轉(zhuǎn)和跳躍等多模態(tài)仿生運動。與傳統(tǒng)實心結(jié)構(gòu)相比，該機器人不僅能量利用效率顯著提升，而且運動速度大幅增加，在復(fù)雜環(huán)境下展現(xiàn)出良好的柔性和適應(yīng)性。研究成果以“Light-driven lattice soft microrobot with multimodal locomotion”為題發(fā)表在Nature Communications。 AaA!U!B
軟體微機器人因其小尺寸和柔性驅(qū)動特性，在生物醫(yī)學(xué)、仿生學(xué)和精密微機械等領(lǐng)域具有廣闊應(yīng)用前景。然而，現(xiàn)有微型機器人依賴的水凝膠材料在響應(yīng)速度和變形能力方面存在不足，運動模式多為預(yù)設(shè)的周期性形變，難以適應(yīng)復(fù)雜多變的環(huán)境。這些問題嚴重制約了軟體微型機器人的發(fā)展。 %6uZb sa

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圖1.晶格軟體微型機器人設(shè)計與制備流程

針對上述難題，熊偉教授團隊利用飛秒激光微納增材制造技術(shù)，在溫度響應(yīng)型聚合物中引入單壁碳納米管，設(shè)計出一種截角八面體晶格結(jié)構(gòu)的微型機器人。該設(shè)計顯著降低了材料密度，增大了比表面積，使機器人在光照下能快速產(chǎn)生局部形變。研究表明，晶格結(jié)構(gòu)使機器人在相同條件下僅需實心結(jié)構(gòu)六分之一的能量，即可達到三倍的運動速度，其旋轉(zhuǎn)速度高達每秒29.38度，比已有報道提升近30倍；在蠕動模式下，速度可達15.15μm/s。

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圖2.晶格微型機器人在蠕動模式下的運動表現(xiàn)

得益于晶格結(jié)構(gòu)與光場調(diào)控的結(jié)合，機器人能夠?qū)崿F(xiàn)多模態(tài)運動：在激光掃描驅(qū)動下產(chǎn)生蠕動前進；通過環(huán)形光軌實現(xiàn)原地旋轉(zhuǎn)；在高功率激光作用下完成連續(xù)跳躍。更進一步，研究團隊引入基于計算機視覺的閉環(huán)反饋控制系統(tǒng)，使機器人能夠?qū)崟r修正姿態(tài)偏差并沿設(shè)定路徑自主導(dǎo)航。在實驗中，研究人員成功演示了機器人在“星形”和“迷宮”軌跡上的自主運動，顯示出精確的可編程控制潛力。