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哈工大李天龍、鄭大張偉偉《Small》:受變形蟲啟發(fā)的毒液微型機器人
2023-07-03  來源:高分子科技
關(guān)鍵詞:仿生 微型機器人


  大自然為單細(xì)胞生物應(yīng)對復(fù)雜環(huán)境和生存任務(wù)演化了一種成功的進化方向——偽足。變形蟲是一種單細(xì)胞原生動物,通過控制原生質(zhì)的定向流動,可以再任意方向產(chǎn)生偽足,以執(zhí)行環(huán)境感知、運動、捕食和排泄等生命活動。然而,創(chuàng)建具有偽足的微型機器人系統(tǒng),以獲取變形蟲的環(huán)境適應(yīng)和任務(wù)作業(yè)能力,仍具有很大的挑戰(zhàn)。


  鑒于此,哈爾濱工業(yè)大學(xué)李天龍團隊、鄭州大學(xué)張偉偉團隊提出了一種利用磁性液滴構(gòu)建阿米巴機器人的磁驅(qū)操控策略(圖1),并結(jié)合仿真解析了偽足的生成及運動機制。該機器人可以在單偽足、雙偽足和運動模式間自由切換,并復(fù)現(xiàn)了變形蟲偽足的伸縮、彎曲、捕捉和運動等操作(圖2)。偽足賦予了機器人卓越的機動性,包括跨越復(fù)雜三維地形以及液相中懸浮游動等(圖3)。此外,受“毒液”的啟發(fā),他們還研究了阿米巴機器人的吞噬和寄生行為,并探索了其在試劑分析、微化學(xué)反應(yīng)、結(jié)石清除和藥物溶栓等場景的應(yīng)用潛力(圖456)。 


 機器人的編程策略和應(yīng)用 


圖 2 偽足的特征



 3 機器人的運動能力


圖 4 機器人的吞噬能力



圖 機器人的寄生能力和化學(xué)應(yīng)用


圖 使用毒液機器人進行藥物溶栓


  該研究不僅有助于理解單細(xì)胞生命的基本原理,而且在芯片實驗室、微化學(xué)反應(yīng)以及生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。該工作以“Amoeba-Inspired Magnetic Venom Microrobot”為題發(fā)表在《Small》。文章第一作者是鄭州大學(xué)張偉偉講師,哈爾濱工業(yè)大學(xué)李天龍教授和鄭州大學(xué)張偉偉講師為論文的共同通訊作者。


  原文鏈接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/smll.202207360

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