中国科学院研发3D手型微纳机器人,开启微观世界精准操控新篇章
在微观世界中,中国科学院理化技术研究所的科研团队打造出一款3D手型微纳机器人,尺寸仅40微米左右,比头发丝直径更小。这款“微型快递员”能像机械手一样,完成抓取、运输和释放颗粒、细胞的精密任务,为精准医疗等领域开辟新路径。
微纳机器人是工作在微米至纳米尺度的“智能微型机器”,在精准医疗、环境修复等领域应用前景广阔。然而,当前微纳机器人多采用单一材料体系,功能扩展受限,复杂环境下的多刺激协同控制与多步操作成为科研挑战。为此,科研团队提出新思路,采用多材料多模块加工微纳机器人,并设计出仿手型的3D结构。
这只微型“手”双手向上托举,手掌部分灵活开合,开放造型便于观察目标颗粒,释放时更灵活。科研人员利用飞秒激光直写技术,以极短激光脉冲突破光学衍射极限,实现纳米高精度加工。3D手型微纳机器人由两种智能材料组成,顶部pH响应模块遇特定酸碱环境自动开合,底部磁驱动模块则用外部磁场远程控制移动、旋转和翻转。
实验验证显示,这款微纳机器人抓取能力出色,成功抓取运输并释放了直径约10微米的聚苯乙烯微球,还对人体肾癌细胞进行了精准操作。在磁场驱动下,机器人最高速度达每秒65.56微米,能灵活越过障碍。其可靠性也超出预期,经15次以上酸—碱环境循环刺激后,“手掌”仍能稳定响应。
3D手型微纳机器人解决了传统微纳机器人单响应、单功能的技术限制,为微观世界精准操控打开新大门。未来,它有望成为医生的“隐形助手”,在人体内携带药物穿梭,执行精密任务。同时,在环境修复、微纳制造等领域,微纳机器人也将发挥重要作用,如抓取、富集并移除水环境中的特定污染物,作为微观尺度上可编程的组装工具等。
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