時時頭條
  • 娛樂
  • 體育
  • 財經
  • 科技
  • 旅遊
  • 軍事
  • 育兒
  • 時尚
  • 遊戲
  • 歷史
  1. 首頁
  2. 科技

科學家研發微型變形機器人,在100毫秒內實現40%面積伸縮和定向運動

2024-11-30 14:42:35

近期,劉清坤副教授與美國康奈爾大學團隊合作,提出了一個全新的概念——微型變形超構機器人(Metabot)。

他們基於超材料構築了一款尺寸小於 1 毫米的“微型變形金剛”,不僅可用微電子控制、可重構任意形狀,還能夠讓它進行可控的定向行走。

“微型機器人尺寸非常小,通常其只能進行腿部的區域性運動,而我們的微型變形機器人能夠在大範圍內任意改變身體的形狀。”劉清坤錶示。

圖丨劉清坤和超構機器人模型(來源:劉清坤)

這款微型機器人採用了基於剪紙結構的設計,並結合了電化學驅動的微型執行器。它由多達上百個基本單元組成,包括約 100 個二氧化矽面板和 200 多個活動鉸鏈組成,而鉸鏈的厚度僅為 10 奈米。

透過電化學驅動方法,這些鉸鏈能夠在短短 100 毫秒內帶動微機器人實現區域性擴充套件和收縮,最大可達 40% 的面積變化。並且,它還能夠根據啟用的鉸鏈不同,改變形狀並執行多種運動模式。

影片丨微型變形機器人做可控定向運動(來源:Nature Materials)

微型機器人的設計靈感來源於自然界中能夠大範圍變形的生物,如細胞或變形蟲。

由於基元眾多,雖然靈活性高,但這也使得其在可控性操作方面變得非常困難。如何平衡機器人的靈活性和剛性,是研究人員面臨的挑戰之一。

基於此,他們透過精確電可定址的驅動方式,嘗試讓這些基元能夠精確地實現目標形狀,並且一旦變形就能按照設計的模式穩定、有序地保持在某個形狀,而不是隨意變形。

需要了解的是,這種微型機器人由力學超材料製備而成,它的獨特之處表現在,當材料在某個方向被拉伸至膨脹時,與之垂直的方向也會隨之膨脹。

這種叫做“拉脹”的材料具有負的泊松比,這與自然界材料在被拉伸時垂直方向會收縮的特性截然不同。

圖丨基於剪紙結構設計的微型變形機器人(來源:Nature Materials)

研究人員利用超材料的這種特性來開發可變形的微型機器人,因而將這種機器人命名為“超材料機器人”(Metasheet Robot),簡稱“Metabot”。“這不僅是新名稱,也代表了一個設計微型機器人的新概念。”劉清坤說。

這種基於超材料製備的微型機器人,展現出了更高的靈活性和魯棒性。其結構由眾多的基元組成,這與傳統機器人的設計具有本質的區別。

傳統機器人通常只有一個主體和兩條腿,一旦腿部受損就可能導致行走功能喪失,而微型變形機器人即便部分基元受損,也能夠保持正常的運作能力。

在結構設計上,研究人員嘗試了多種形狀後發現,六邊形結構在變形範圍和自由度上表現最佳。

與四邊形結構相比,六邊形結構不僅形變範圍更大,而且自由度適中,既不會過於僵硬,也不會因過於柔軟而變得難以控制。

“正是這種結構的獨特性,使得這款微型變形機器人在變形和移動效能上具有顯著優勢。”劉清坤說。

圖丨微型超構機器人變形成多種三維形狀(來源:Nature Materials)

日前,相關論文以《電子可配置的微觀超材料片機器人》(Electronically configurable microscopic metasheet robots)為題發表在 Nature Materials[1]。

上海交通大學副教授劉清坤和康奈爾大學王偉博士是共同第一作者,康奈爾大學伊泰·科恩(Itai Cohen)教授擔任通訊作者。

圖丨相關論文(來源:Nature Materials)

這種微型機器人具有尺寸極小和強大的變形能力的優勢,因而在生物醫學、環境監測和微流控技術等領域具有廣泛的應用前景。

例如,在微型機器人表面的面板上安裝帶有醫學標誌物的感測器或微控制器,以能透過人體腔道等複雜、狹窄的環境。

目前,該微型機器人還處於研究初期階段,面板上的功能尚未完全開發。

下一步,該課題組計劃進一步提升其效能,並在面板上搭載更豐富的功能,如感測器、藥物載體、微控制晶片等元件,以實現無線控制,並透過處理器間的通訊實現分散式控制。

與此同時,研究人員正在考慮將這種微型機器人整合到內窺鏡末端,以便透過微創手術的方式將其送入體內進行檢測和治療。

劉清坤指出,這種微型機器人不僅能夠釋放藥物,還甚至可能因其強大的變形能力,進行精細的操作動作。“這需要我們研發更強大的驅動器,以確保機器人有足夠的力量來抓取和移除病變組織,類似於柔性機器人或柔性機械手的功能。”

此外,在微型機器人表面還可安裝電極,利用電刺激的方式來治療病變部位,這將進一步增強其在微創醫療領域的應用潛力。

參考資料:

1.Liu, Q., Wang, W., Sinhmar, H. et al. Electronically configurable microscopic metasheet robots. Nature Materials (2024). https://doi.org/10.1038/s41563-024-02007-7

排版:劉雅坤

02/

03/

04/

05/

熱門資訊
  • “耽誤新冠藥物研發!”,這篇被引用3400次的新冠特效藥論文終於被撤稿,曾被特朗普“帶貨” | 2024-12-20 01:23:35
  • 不僅漲價,美國晶片還得求著要,臺積電技術遙遙領先有底氣! | 2024-12-20 01:23:40
  • 網頁版蘋果地圖現支援 Look Around,開啟沉浸式街景體驗 | 2024-12-20 01:28:12
  • 254.9元起 九鯊JF800系列風冷散熱器上市:全迴流焊工藝 | 2024-12-20 01:37:20
  • 三星搶跑!第六代還沒量產:下一代DRAM記憶體測試線已開建 | 2024-12-20 01:37:21
  • 龍芯中科:3C6000處於樣片階段 雙矽片封裝對標Intel至強6338 | 2024-12-20 02:24:59
  • “在民航領域繼續與中國合作” | 2024-12-20 02:37:08
  • 美國宇航員,這是要被餓死在太空了嗎? | 2024-12-20 02:38:43
  • 多地運營商嚴查這“薅羊毛”行為,使用者很受傷:5Mbps網速能幹啥? | 2024-12-20 02:47:07
  • 中國商飛:更大的 C939 國產大飛機正在預研 | 2024-12-20 02:47:29
  • 不用光刻機,也能生產晶片? | 2024-12-20 02:53:46
  • 索尼影象感測器累計出貨量突破 200 億大關 | 2024-12-20 02:53:53
  • ASML賣給日本EUV光刻機:重71噸,幫助Rapidus製造2nm晶片 | 2024-12-20 02:57:50
  • 華為鴻蒙 HarmonyOS NEXT 系統內建“聽歌識曲”功能 | 2024-12-20 03:21:04
  • 不再是概念 配備了可滾動顯示屏的聯想膝上型電腦洩露 | 2024-12-20 03:31:16
  • 中國又公佈高超音速飛行器!美國高超突破最早:為何遲遲不能裝備? | 2024-12-20 03:36:54
  • ASIC火爆,科技巨頭角逐3奈米專案!大摩:臺積電將參與所有生產,世芯電子上升空間更大 | 2024-12-20 04:08:15
  • 海關資訊暗示英特爾 CLAMSHELL 設計 BMG-G21 顯示卡,或為雙倍視訊記憶體 | 2024-12-20 04:36:53
  • 一箭四星發射成功,“天啟星座”目前已發射33顆衛星 | 2024-12-20 04:39:46
  • 這款無線滑鼠可用作擴充套件塢 提供 HDMI和USB-C介面 | 2024-12-20 05:16:51
  • 最古老的現代人類基因組 | 2024-12-20 05:25:13
  • 人工耳蝸國採首輪報價結果出爐,美笛樂、領先仿生、力聲特擬中選 | 2024-12-20 05:44:36
  • 反超日本!中國率先開設“幹細胞抗衰門診”,已有頂級富豪掛號 | 2024-12-20 05:46:16
  • 集邦諮詢:蘋果 Vision Pro 將重塑 VR/MR 頭顯戰局 | 2024-12-20 06:43:25
  • 社評:中國太空行走破紀錄,世界從中看到什麼 | 2024-12-20 06:44:22
  • 不用少吃,也能抗衰延壽!林聖彩院士連發兩篇Nature,發現模擬熱量限制作用的關鍵分子! | 2024-12-20 06:44:23
  • 環球晶圓將從《晶片法案》獲得4.06億美元,以促進300mm晶圓的供應 | 2024-12-20 06:45:39
  • 港大、北大、南科大聯手!用“膠帶”,撕出一篇Nature! | 2024-12-20 06:45:44
  • 蘋果專利探索 MacBook攝像頭方案:突破輕薄限制、可拆卸模組設計 | 2024-12-20 07:17:04
  • 華碩推出 NUC 14 Pro AI 迷你主機,搭酷睿第二代 Ultra 處理器 | 2024-12-20 07:17:06
最近發布
突發!TVB知名女星毫無預警宣佈與未婚夫分手,結束長達八年情 面對被黑,蘭姐強勢迴歸。小菲狀態好轉,發宣告。更多內幕揭曉! 中國男籃決戰日本隊,首發五人曝光,廣東隊大贏家,徐傑第一後衛 孫穎莎奪女單冠軍!採訪謙遜立足拼,劉國樑給中國選手頒獎笑開花 分析 馬威交易取消後的影響:湖人還有什麼選擇?只能等休賽期? 火箭vs猛龍前瞻:範弗裡特有望復出戰舊主,火箭欲終結六連敗 梅西轟動宏都拉斯!當地媒體:這是世紀體育盛事! 登記開啟!金中、29中、13中等校動了! 開年暴擊!南京又一家機構跑路了? TechInsights:AI PC未能提振筆記本市場 2024年僅增長5% 睡覺時突然腿抽筋,就是缺鈣?錯!還有這4個原因,別輕易忽視了 泡泡瑪特又贏麻了!此前被調侃是“境內最大的博彩公司” 再也不用扎手指!5億糖尿病患者有福了 傳《尼爾:機械紀元》續作、新《古墓麗影》今年公佈 有工作經驗的畫素畫師如何寫簡歷? 離譜!Xun被搶3條龍,JDG仍然獲勝!Peyz力挽狂瀾,WBG痛失好局 將耗死在國際空間站?59歲美滯留女宇航員求救:喪失重要身體機能 華為FreeClip耳機玫瑰金開售 開放式聆聽設計 CBA俱樂部杯-山西淘汰北控晉級4強 原帥18分 小紅書上移民的中產:曾經北京七套房, 羨慕海外一張床, 如今卻...... 不可抗力停課2天以上退一半保教費,佛山幼兒園收費新規釋出 紅棉襯醉美,2020番順醉美青餅評測 華為FreeClip耳夾耳機玫瑰金配色開售:1299元 64歲寧波老闆,跨界無數次,給員工發8億,即將擁有第三家IPO? 卡友資訊股東持股情況變動 廣州“城市合夥人”:城市與人才的雙向奔赴 有人說孫穎莎粉絲是飯圈文化的時候 卻有些人用真金白銀愛孫穎莎! 男生剪“短髮”髮型乾淨利落,試試這3款,剪完帥氣提升顏值! 7個臀部訓練最佳動作,打造迷人的蜜桃臀! 偉大的4-2!林詩棟奪冠:新科世界第1誕生、超越王楚欽,狂攬3冠 新疆完美了!新小外強於皮特森+黑根斯,承認補強大外良性競爭! 林詩棟奪男單冠軍!採訪大談不容易太謙遜,單獨拍照露出笑容! 國乒最新戰報!林詩棟第2局11-8,衝3冠王,梁靖崑救2局點仍輸球 替補奇兵!快船大將5記3分助隊贏球 哈登好幫手 爆冷!北控男籃吊打奪冠大熱門球隊,外援決定比賽的走向 官宣離任,胡明軒宣佈重要決定,廣東宏遠遺憾,杜鋒祝福 又一個賈德松!崔康熙看人很準,魯媒:卡約又要錯過中國聯賽了 劉國樑憔悴!黑眼圈很重,擋住蒯曼被提醒,孫穎莎王楚欽被裁判整 林詩棟逆轉梁靖崑奪冠,成就三冠王,綜合實力更加突出 CBA最新外援註冊資訊,遼籃4人,新疆補充新援,廣東男籃放棄萊斯 大滿貫收官獎金排名:林詩棟三冠60萬第1,孫穎莎第2王曼昱10萬第9 臺灣律師分析大S遺產劃分,S媽要錢得看汪小菲臉色,打臉光頭安排 臺媒曝大S家人鬆手,讓出撫養權給汪小菲,希望馬筱梅善待孩子 二線白酒暴雷,狼真的來了! 搭上比亞迪,自動駕駛獨角獸,利潤大增170%! 炸裂!外資吹響“加倉中國”集結號背後:科技格局重塑與資產重估 這波夢幻西遊副本積分兌換真是血虧,四賜福的山賊值得買嗎? 《星戰亡命之徒》高階美工又回到CDPR 開發《巫師4》 《哪吒2》登陸北美,首映禮現好萊塢!有觀眾哭花眼妝:特效超預期,買票靠搶 曝張蘭被封年損失近4億,麻六記絕地自救太壯觀,員工曬張蘭近況

©2024 時時頭條 版權所有

隱私政策 | 服務條款 | 聯繫我們