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以《终结者》机器人液化越狱为灵感,中大造出磁控固液相变机器人

lqwq88 2023-2-28 11:06:37 显示全部楼层 阅读模式
微型机器人的应用潜力十分广阔,可以用在医疗健康、环境监测和微电子等领域。与光、电、热、和化学等驱动的微型机器人相比,磁控微型机器人具有无线操控和快速响应等优点。


目前磁控机器人往往是磁弹性材料(如含磁颗粒的水凝胶和硅橡胶等)或者磁性液态材料(如磁流体和磁流变液等)组成。


磁弹性机器人实现快速响应以及承受较高的负载,却由于无法改变结构而无法被重新塑形;磁控液态机器人可以灵活变形,却具有较差的负载和运动能力。因此,开发一种同时具有高强度和形态适应性的新材料来制造磁控微型机器人具有重要意义。


最近,中山大学深圳生物医学工程学院教授蒋乐伦团队展示了一类磁控固液相变材料,该类材料具有高机械强度,其抗拉强度为 21.2 MPa、抗压强度为 18.8 MPa、刚度为 1.98 GPa。


其同时具备高负载的能力,可负载自身重量一万倍的重物;并拥有多模式快速运动能力,跳跃高度可达体长的 20 倍,移动速度高达 1.5 米每秒,旋转高达 1500 转每分钟。此外,它还具有出色的形态适应性,包括拉长、分裂和融合等。


为说明这类材料的独特功能,该团队让其作为智能焊料来验证应用能力,结果发现它可以修复电路和焊接电子元件;还可以变形为万能螺钉,在密闭空间中组装零件;并能作为磁控机器人用于给药或者清除异物等。





(来源:Matter)


概括来说,这项工作提出了一种新颖的磁控固液相变材料,拓展了磁控微型机器人的多功能应用。磁控固液相变材料新概念的提出,也将促进柔性电子和机器人等领域的发展。


这种磁控固液相变材料具有在密闭空间中电路修复、零部件组装等工业应用型功能。同时,它具有良好的生物相容性,在无线磁场的控制之下,微型磁控固液相变机器人可以进入人体内,从而完成多种任务包括靶向药物运送、异物清除等。因此,磁控固液相变材料在医疗、电子和机器人等领域的具有较好的应用前景。


据介绍,多年来该团队在磁控机器人和制动器领域做了不少工作。课题组平时非常喜欢科幻电影,对于《终结者》《X-战警》等电影非常感兴趣。


经典科幻电影《终结者 2》里的“T-1000”液态金属机器人具有快速的固-液切换和变形能力;《X-战警》中万磁王可远程无线操控万物。


研究中,蒋乐伦在和论文一作王清源在讨论课题时心想,能否将当前热点材料液态金属引入磁控技术,开发磁控固液相变材料和机器人。


不断深入思考之后,他们又提出:能否参考海参可以改变自身刚度的特性,来调整磁性液态金属材料的刚度,从而集合固态的高刚度特性和液态的形态适应性。经过预验证之后,研究课题得以确定,并研制出了这种磁控固态-液态相变材料。


“同时我们联系了液态金属和软体机器人专家——卡内基梅隆大学 Carmel Majidi 教授、以及浙江大学的潘程枫研究员。和他们讨论并优化了磁控固液相变材料的配方、实验方案以及论文构思,借此让这项工作得以优化。”该团队表示。


据介绍,蒋乐伦团队与潘程枫交流课题时,曾思考如何形象地展示磁控固态-液态相变材料的独有特性,以让读者更加容易接受和理解。


潘程枫提出可以借鉴《终结者》电影中液态金属机器人液化越狱的桥段来设计演示实验。最终,这个实验视频也成为整个课题里最亮眼的表述,并获得了广大读者的认可。





动图 | 实验视频的片段之一(来源:Matter)


近日,相关论文以《磁活性液-固相变物质》(Magnetoactive liquid-solid phase transitional matter)为题发在 Matter 上 [1]。





图 | 相关论文(来源:Matter)


王清源是第一作者,浙江大学机械工程学院研究员潘程枫是共同作者,中山大学深圳生物医学工程学院教授蒋乐伦、以及卡内基梅隆大学机械工程软机器实验室卡梅尔·马吉迪(Carmel Majidi)担任共同通讯作者。





图 | 蒋乐伦(来源:蒋乐伦)


未来,他们将继续推进磁控固液相变机器人等工作,特别是在应用方面将进行更深入的研究,比如结合 CT 影像导航技术,推进磁控固液相变微纳机器人集群在靶向控释药物等方面的应用。


参考资料:
1.Wang Q, Pan C, Zhang Y, et al. Magnetoactive liquid-solid phase transitional matter[J]. Matter, 2023.

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大神点评3

沃达丰会展 2023-2-28 11:07:28 显示全部楼层
能想象出这项早就突破,可应用领域太多了。
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ou526411 2023-3-2 18:49:16 显示全部楼层
占位编辑
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xuanfengko 2023-3-3 07:00:38 显示全部楼层
我也是坐沙发的
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