用于生物医学和环境应用的超软液体机器人

近年来，机器人专家开发了多种具有不同身体结构和能力的机器人系统。这些机器人中的大多数要么由金属等硬质材料制成，要么由硅和橡胶材料等软质材料制成。

大学(HKU)和劳伦斯伯克利国家实验室的研究人员最近创造了Aquabots，这是一种主要由液体制成的新型软机器人。由于大多数生物系统主要由水或其他水溶液组成，在ACSNano上发表的一篇论文中介绍的新机器人可能具有非常有价值的生物医学和环境应用。

“我们一直致力于使用纳米粒子和聚电解质在油水和水水界面开发自适应材料界面组件，”HoCheung(Anderson)Shum、ThomasP.Russell和ShipeiZhu通过电子邮件告诉TechXplore。“我们的想法是组装界面和组件锁定液体形状的材料。这些形状是使用外力决定的，以生成任意形状或使用全液体3D打印来在空间上组织组件。"

Shum、Russell、Zhu和他们的同事将全液体3D打印技术与水性两相组件(ATPS)(组装3D结构的策略)相结合，以实现模拟生物系统的人工构造。ATPS是沉教授领导的大学研究小组的重点关注领域。

最近的论文的想法是在当时的大学研究生朱开始思考将磁性纳米粒子集成到ATPS组装系统中的可能性时产生的。这将允许他们使用外部磁场来引导ATPS结构的运动，这将产生超软、灵活且可以适应特定功能的机器人系统。

“我们的论文是朱的辛勤劳动的结晶，”沉和罗素说。“目前的软机器人是为聚(二甲基硅氧烷)等材料制造的，这些材料具有很好的灵活性，但也有局限性，例如你可以压缩它们的程度。用特定的化学功能对它们进行功能化对于材料的捕获和输送很重要，但是很难。Aquabots克服了这些限制。

这组研究人员介绍的机器人是在水环境中组装的。这意味着它们可以在水环境中运行，也可以适应使用水溶性化合物完成特定任务。

“Aquabots创造了复制仿生材料和特征的新机会，例如动态渗透性和分隔，”Russell和Zhu说。“这些机器人完全是水性的，里面有水，外面有水。它们很容易被功能化以具有生物相容性，因此不难想象生物应用，即在体内，这种结构可以使用。”

该团队最近的论文中介绍的Aquabot结构非常简单，因为它们是展示如何组装的原型。然而，在未来，相同的过程可用于创建更复杂的结构，以解决更高级的任务。

Shum、Russell和Zhu说：“我们的研究展示了基于水性制造构建机器人和执行机器人功能的能力，并启发了类似水性机器人的设计，用于生物医学显微操作等应用。”“想象一下，有一个简单的管状结构，它具有嵌入的功能，可以让你在身体中制造一个特定的结构，一个自组装机器人，它可以让零件通过非常狭窄的通道进入一个更大的隔间，在那里柔软、灵活的部件可以然后自行组装执行任务，然后拆卸和移除，”

未来，Aquabots可以为众多现实世界的生物医学和环境应用开辟令人兴奋的可能性。例如，它们可用于将药物输送到人体内的特定位置，对人体组织进行生物工程改造，以及人工执行特定生物系统的功能。

“我们现在正试图在机器人的组装中加入水凝胶，这样我们就可以实现完全可逆的形状变化，”Shum补充道。“在我们接下来的工作中，除了论文中展示的概念验证机械操作和化学反应之外，还值得研究Aquabot平台支持的其他特性和功能。将其与其他微流体和用于新应用的机器人方法。”

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