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中国科学院研制3D微纳机器人,实现精准微观操作
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中国科学院理化技术研究所成功研发出一款尺寸仅为40微米的3D微纳机器人,比人类发丝还要细。这款机器人能够精准执行抓取、运输和释放颗粒或细胞等任务,为未来精准医疗提供了创新工具。该机器人突破了传统微纳机器人单一材料和单一控制模式的限制,采用仿手型开放结构,并结合了pH响应材料和磁驱动技术,实现了对微观目标的智能感知和全流程操控。其制造依赖于高精度的飞秒激光直写技术。未来,该机器人有望在细胞分选、药物递送、微创手术、环境修复等多个领域展现巨大潜力。

🌟 **创新3D仿手型微纳机器人:** 研究团队成功研制出一种尺寸仅为40微米的3D微纳机器人,其仿手型结构设计独特,能够灵活开合,便于观察和操作微观目标。这种开放形态相较于封闭结构,在目标释放方面更为便捷。

🔬 **飞秒激光直写技术赋能高精度制造:** 机器人的精密结构得益于“飞秒激光直写技术”。该技术利用极短脉冲的激光,在材料内部实现纳米级精度加工,突破光学衍射极限,制造出比头发丝细千倍的结构,为复杂微纳器件的组装提供了可能。

💡 **双智能材料实现多功能协同控制:** 该机器人由两种智能材料构成:顶部的pH响应模块作为“感应夹手”,能根据环境酸碱度自动开合;底部的磁驱动模块作为“微型马达”,可通过外部磁场进行远程移动、旋转和翻转。这种设计实现了从感知到行动、从抓取到释放的全流程操控。

✅ **稳定可靠的响应性能与广泛应用前景:** 实验表明,该机器人即使在经历超过15次酸碱环境循环刺激后,仍能稳定响应,展现出优异的耐久性。其多功能性使其在精准医疗(如细胞分选、药物递送、血栓清除)、环境修复(如微塑料抓取)及微纳制造等领域具有广阔的应用前景。

中国科学院理化技术研究所成功研制出一款3D微纳机器人,其尺寸仅约40微米,比人类发丝更细,却能在微观尺度下精准执行抓取、运输和释放颗粒或细胞等任务,犹如一双灵活的“微观机械手”,为未来精准医疗提供了创新工具。

当前微纳机器人多受限于单一材料体系,难以在复杂环境中实现多刺激协同控制与多步骤操作。

针对这一挑战,研究团队创新性地设计了仿手型结构——机器人呈双手向上托举姿态,“手掌”部分可灵活开合。相比封闭结构,这种开放形态更便于观察目标,释放颗粒时也更为灵活。

该结构的实现依托于“飞秒激光直写技术”。这项技术利用持续时间极短的激光脉冲(1飞秒为一千万亿分之一秒),通过非线性光学效应在材料内部进行纳米级精度的加工,突破传统光学衍射极限,实现比头发丝细千倍的结构制造。

研究人员如同执笔作画,以激光在不同材料上“绘制”出具备不同功能的部件,最终组装成完整的3D手型机器人。

这只“微观快递员”由两种智能材料构成:顶部的pH响应模块作为“感应夹手”,能根据环境酸碱度自动开合;底部的磁驱动模块则如“微型马达”,可通过外部磁场远程控制其移动、旋转甚至翻转。

在工作时,机器人被置于液体环境中。当pH值发生变化,其“手掌”即如花朵般自动开闭,实现智能抓放。实验显示,在经历超过15次酸碱环境循环刺激后,机器人仍能稳定响应,未出现结构疲劳或功能衰退。

该机器人突破了传统微纳机器人单响应、单功能的局限,实现了从感知到行动、从抓取到释放的全流程操控。

未来,此类机器人有望作为单细胞操作平台,应用于细胞分选、药物递送及微创手术(如血栓清除)等医疗场景。此外,在环境修复(如抓取水中微塑料)、微纳制造及基础科学研究等领域也具备广阔应用潜力。

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