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


  大自然為單細(xì)胞生物應(yīng)對(duì)復(fù)雜環(huán)境和生存任務(wù)演化了一種成功的進(jìn)化方向——偽足。變形蟲(chóng)是一種單細(xì)胞原生動(dòng)物，通過(guò)控制原生質(zhì)的定向流動(dòng)，可以再任意方向產(chǎn)生偽足，以執(zhí)行環(huán)境感知、運(yùn)動(dòng)、捕食和排泄等生命活動(dòng)。然而，創(chuàng)建具有偽足的微型機(jī)器人系統(tǒng)，以獲取變形蟲(chóng)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(tuán)隊(duì)、鄭州大學(xué)張偉偉團(tuán)隊(duì)提出了一種利用磁性液滴構(gòu)建阿米巴機(jī)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(yùn)動(dòng)機(jī)制。該機(jī)器人可以在單偽足、雙偽足和運(yùn)動(dòng)模式間自由切換，并復(fù)現(xiàn)了變形蟲(chóng)偽足的伸縮、彎曲、捕捉和運(yùn)動(dòng)等操作（圖2）。偽足賦予了機(jī)器人卓越的機(jī)動(dòng)性，包括跨越復(fù)雜三維地形以及液相中懸浮游動(dòng)等（圖3）。此外，受“毒液”的啟發(fā)，他們還研究了阿米巴機(jī)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(chǎng)景的應(yīng)用潛力（圖4、5、6）。 


圖 1 機(jī)器人的編程策略和應(yīng)用 


圖 2 偽足的特征



圖 3 機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)能力


圖 4 機(jī)器人的吞噬能力



圖 5 機(jī)器人的寄生能力和化學(xué)應(yīng)用


圖 6 使用毒液機(jī)器人進(jìn)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(shí)驗(yàn)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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