微型变形机器人问世：100毫秒内实现40%面积伸缩和定向运动
微型变形机器人问世：100毫秒内实现40%面积伸缩和定向运动
上海交通大学刘清坤副教授与美国康奈尔大学团队合作，研发出一款尺寸小于1毫米的微型变形超构机器人。该机器人采用剪纸结构设计，结合电化学驱动的微型执行器，能在短短100毫秒内实现40%面积伸缩和定向运动。
基于剪纸结构设计的微型变形机器人（来源：Nature Materials）
这款微型机器人由多达上百个基本单元组成，包括约100个二氧化硅面板和200多个活动铰链，铰链厚度仅为10纳米。通过电化学驱动方法，这些铰链能够在100毫秒内带动微机器人实现局部扩展和收缩，最大可达40%的面积变化。并且，它还能够根据激活的铰链不同，改变形状并执行多种运动模式。
微型超构机器人变形成多种三维形状（来源：Nature Materials）
研究人员通过精确电可寻址的驱动方式，实现目标形状的精确控制。这种基于超材料制备的微型机器人，展现出了更高的灵活性和鲁棒性。其结构由众多的基元组成，这与传统机器人的设计具有本质的区别。传统机器人通常只有一个主体和两条腿，一旦腿部受损就可能导致行走功能丧失，而微型变形机器人即便部分基元受损，也能够保持正常的运作能力。
这种微型机器人具有尺寸极小和强大的变形能力的优势，因而在生物医学、环境监测和微流控技术等领域具有广泛的应用前景。例如，在微型机器人表面的面板上安装带有医学标志物的传感器或微控制器，以能通过人体腔道等复杂、狭窄的环境。
目前，该微型机器人还处于研究初期阶段，面板上的功能尚未完全开发。下一步，该课题组计划进一步提升其性能，并在面板上搭载更丰富的功能，如传感器、药物载体、微控制芯片等组件，以实现无线控制，并通过处理器间的通信实现分布式控制。与此同时，研究人员正在考虑将这种微型机器人集成到内窥镜末端，以便通过微创手术的方式将其送入体内进行检测和治疗。
相关论文以《电子可配置的微观超材料片机器人》为题发表在Nature Materials。上海交通大学副教授刘清坤和康奈尔大学王伟博士是共同第一作者，康奈尔大学伊泰·科恩教授担任通讯作者。
相关论文（来源：Nature Materials）