無(wú)線供電的3D打印生物混合機(jī)器人

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(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室
來(lái)源：中國(guó)機(jī)械工程學(xué)會(huì)增材制造技術(shù)（3D打印）分會(huì)

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(gè)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(shì)。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(dòng)和光驅(qū)動(dòng)，需要使有線電極/光源跟隨機(jī)器人以實(shí)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(wèn)題，哈佛大學(xué)醫(yī)學(xué)院的研究團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了一種無(wú)線供能的生物混合軟體機(jī)器人。該團(tuán)隊(duì)在柔性的無(wú)線供能與控制電路上，通過(guò)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(guò)無(wú)線線圈接收電能，傳輸?shù)酱碳る娐飞希瑢?shí)現(xiàn)對(duì)心肌細(xì)胞的刺激。由于無(wú)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(dòng)能力不會(huì)受導(dǎo)線的約束。

圖1 無(wú)線功能的生物混合軟體機(jī)器人概念與系統(tǒng)設(shè)計(jì)

實(shí)驗(yàn)表明，通過(guò)調(diào)整無(wú)線驅(qū)動(dòng)頻率，邊長(zhǎng)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(dòng)。同時(shí)，該驅(qū)動(dòng)電路具有良好的生物相容性，未發(fā)現(xiàn)明顯的生物毒性。總之，該創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法為無(wú)約束的生物混合軟體機(jī)器人設(shè)計(jì)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(shí)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(jià)值。

圖2 生物混合軟體機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)情況

參考文獻(xiàn)：
Tetsuka, H., Pirrami, L., Wang, T., Demarchi, D., Shin, S. R., Wirelessly Powered 3D Printed Hierarchical Biohybrid Robots with Multiscale Mechanical Properties. Adv. Funct. Mater. 2022, 32, 2202674. https://doi.org/10.1002/adfm.202202674