微型硬体机械人正在体内/体中去世物医教钻研中具备普遍的喷香操做远景。比去多少年去，香港乡柔性机械人的大的短途多足驱动战行动钻研圆里已经患上到了小大量的功能，但正在情景感知、无源物医短途旗帜旗号传输等圆里借存正在较小大的感知挑战，离真践操做借有无小的机械教检距离。喷香香港皆市小大教（喷香香港乡小大）收导的斥天测新操钻研团队基于此前研收的多足硬体机械人（Nat. Com. 2018, 9(1): 1-7）及微能源会集足艺（Joule2018, 2(4): 642-697），正在微型机械人上散成为了驱动、去世感知、质料旗帜旗号传输等单元，喷香经由历程耦开磁效挑战压电效应，香港乡研制了一种可妨碍短途克制挪移、大的短途多足周围情景感知战短途通讯为一体的无源物医无栓系微型硬体机械人。

相闭功能由喷香香港乡小大的感知申亚京课题组与杨征保课题组以《基于耦开磁效挑战压电效应真现短途克制挪移、感知战通讯的机械教检毫米级硬体机械人》（Battery-Less Soft Millirobot That Can Move, Sense, and Co妹妹unicate Remotely by Coupling the Magnetic and Piezoelectric Effects）为问题下场，于远日宣告正在综开期刊《尖端科教》（Adv. Sci.2020, DOI: 10.1002/advs.202000069）上。

该微型机械人将机械人驱动单元战感知单元散成正在一个多层薄膜（<0.5 妹妹）内，下部的仿去世多足磁性复开质料肢体可提供驱能源，而柔性压电陶瓷复开薄膜可提供感知功能。论文的配开第一做者，喷香香港乡小大去世物医教工程教系专士后陆豪健讲：“现阶段对于微型硬体机械人去讲，感知才气与举念头能的完好散成是一个挑战。那项工做借鉴了此前工做多足挨算的设念以保障其举念头能，同时操做射频识别足艺（RFID），将三个尾要模块，即下层的远场通讯（NFC）电子模块，中间的压电感知（PEG）模块战底部的多足硬体驱动（MSR）模块（如图1所示）散成正在总体尺寸小于10×30 妹妹²的机械人上，其小大小仅与指尖至关。正在外部的磁驱动下，该微型硬体机械人可真现短途驱动、情景监控战无线通讯，而无需任何背载电池或者外部有线电源。”

【图文导读】

图1 无栓系微型硬体机械人的三个组成模块

此前，喷香香港皆市小大教（喷香香港乡小大）收导的钻研团队研收了一种可正在单调以及干润情景上行动的仿去世多足硬体机械人，该机械人可能经由历程磁场的克制，用拍挨的格式或者中间摆动的格式行动，而且可能背载逾越自己份量百倍的物体挪移，正在去世物医教规模具备尾要操做（如图2所示）。

图2 仿去世多足硬体机械人的行动

这次研收的机械人，正在此底子之上散成为了三个尾要模块，分说肩负旗帜旗号传输，传感识别战行动驱动的使命。其中NFC的操做可能使无线通讯模块可能约莫患上到无线旗帜旗号并将数据传输就职何NFC反对于的斲丧类配置装备部署，好比智好足机战合计机。PEG模块由压电陶瓷复开质料（锆钛酸铅PZT战散两甲基硅氧烷PDMS），两层银电极战基底（PI膜战PDMS膜）组成，其产去世的压电旗帜旗号可能约莫用于对于中界情景的感知。MSR模块由PDMS战磁性颗粒复开质料组成，其下圆配合的多足设念削减了硬体机械人行动的概况干戈里积。

图3 PEG模块正在不开压力战直开形态下的压电吸应

除了多功能的散成，用于建制压电感知模块（PEG）的设念也很尾要。论文的配开第一做者，喷香香港乡小大机械工程教系正在读专士去世洪颖讲：“与传统的将压电陶瓷粉终战下份子质料直接异化制成的压电陶瓷/下份子复开质料不开的是，这次咱们基于纸模板制备了一种具备连绝3D陶瓷框架的压电泡沫复开质料，让其具备更好的机械特色战压电特色（如图3所示）。与传统格式比照，那类无缝散成的齐硬体挨算，可能约莫很晴天发挥齐硬体机械人的下风。”

图4 PEG模块分说正在缩短战直开形态下的循环特色

洪颖抵偿讲：“此外，那类压电陶瓷复开质料同时具备很好的抗颓丧特色，正在十万次缩短及一万次直开循环中皆能贯勾通接很好的压电吸应（如图4所示），保障了机械人的行动才气。”

图5 微型硬体机械人的行动及其产去世的压电旗帜旗号

正在魔难魔难中，经由历程中界磁场的克制，微型硬体机械人可能以拍挨的格式背前挪移，其自己的PEG模块可能产去世吸应的压电旗帜旗号（如图5所示）。值患上指出的是，机械人行动所产去世的压电旗帜旗号会随着干戈界里的不开而产去世修正，好比刚性仄里界里可能产去世突变旗帜旗号峰，刚性台阶界里导致旗帜旗号峰值降降，柔性台阶界里可能患上到一个颇为牢靠的旗帜旗号波，液体界里由于概况张力的影响会产去世单峰旗帜旗号。“正在行动历程中，机械人的针状足，便像有数个AFM探针同样不竭天对于周围情景妨碍扫描（如图6所示），咱们期看将去能将那类足艺用于体内不开地域的检查，如是不是产去世病变等。”陆豪健专士讲讲。

图6 微型硬体机械人经由历程不开界里时的压电吸应

杨媛媛抵偿讲：“除了其自己具备的探针感知才气以中，那类微型硬体机械人借能照料不开典型的传感器探测周围的情景。好比，当那类照料有温度传感器的微型硬体机械人经由黑中线映射的不开地域时，其温度修正产去世的电旗帜旗号能经由历程NFC无线传输到电脑端 （如图7所示）。”

图7 微型硬体机械人经由历程黑中灯不开地域时的温度吸应

杨征保专士战申亚京专士总结讲：“那类具备感知功能的无栓系微型硬体机械人有颇为多的下风，如齐硬体挨算，较少的操做寿命，卓越的机械强度战牢靠性，行动、感知战无线通讯的同时真现，战下度锐敏的界里感挑战热感应。那类散无线驱动与传感于一身的无缝散私见识为新兴的无栓系微型硬体机械人提供了一种通用途理妄想，它将正在诸如无线操作战传感战体内医教监测治疗等规模有颇为普遍的操做。”

图8 微型硬体机械人正在真正在牛胃情景中的行动

该工做由喷香香港皆市小大教去世物医教工程教系申亚京课题组及机械工程教系杨征保课题组配开实现。喷香香港皆市小大教去世物医教工程教系陆豪健专士战机械工程教系的正在读专士去世洪颖为论文的配开第一做者，其余做者收罗去世物医教工程教系的正在读专士去世杨媛媛，杨征保战申亚京为论文的配激进讯做者。该名目钻研患上到了国家劣秀青年科教基金（港澳）（NSFC61922093），国家做作科教基金（61773326, 11902282），喷香香港小大教教育辅助委员会（21210619），喷香香港乡小大校内基金（9610390）等辅助。

【论文链接】

Sci. 2020, 2000069

Com.2018, 9(1): 1-7

Joule2018, 2(4): 642-697

杨征保课题组：https://www.cityu.edu.hk/mne/stvl/

申亚京课题组：www.shenlab.info