供稿人：陳文瑜、高琳 供稿單位：西安交通大學(xué)機(jī)械制造系統(tǒng)工程國家重點實驗室 發(fā)布日期：2023-09-19
類生命仿生軟體機(jī)器人具有自主供能、高能量轉(zhuǎn)化率、自我修復(fù)等優(yōu)秀特性，是一個有廣闊應(yīng)用前景的研究課題。將柔性電子器件集與類生命仿生機(jī)器人結(jié)合，形成生物混合軟體機(jī)器人，可以結(jié)合傳統(tǒng)機(jī)器人與類生命機(jī)器人的優(yōu)勢。然而，現(xiàn)有的生物混合軟體機(jī)器人主要分為電極驅(qū)動和光驅(qū)動，需要使有線電極/光源跟隨機(jī)器人以實現(xiàn)控制功能，導(dǎo)線的存在大大限制了生物混合機(jī)器人的應(yīng)用。
為解決這一問題，哈佛大學(xué)醫(yī)學(xué)院的研究團(tuán)隊開發(fā)了一種無線供能的生物混合軟體機(jī)器人。該團(tuán)隊在柔性的無線供能與控制電路上，通過3D打印的方式構(gòu)建多層可折疊的、生物相容的支架，再將心肌細(xì)胞接種到支架上。電路通過無線線圈接收電能，傳輸?shù)酱碳る娐飞?，實現(xiàn)對心肌細(xì)胞的刺激。由于無線電路被集成到生物混合機(jī)器人上， 因此機(jī)器人的水下運(yùn)動能力不會受導(dǎo)線的約束。
圖1 無線功能的生物混合軟體機(jī)器人概念與系統(tǒng)設(shè)計
實驗表明，通過調(diào)整無線驅(qū)動頻率，邊長為2厘米的生物混合機(jī)器人能夠以約580微米每秒的速度進(jìn)行運(yùn)動。同時，該驅(qū)動電路具有良好的生物相容性，未發(fā)現(xiàn)明顯的生物毒性?？傊搫?chuàng)新設(shè)計方法為無約束的生物混合軟體機(jī)器人設(shè)計提供了參考，為基于集成電路的交互式傳感、靶向操作等功能的實現(xiàn)提供了可能，在生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用價值。
圖2 生物混合軟體機(jī)器人的驅(qū)動情況