利用飛秒激光復合材料造出“舞動(dòng)微機器人”

  ICC訊 記者10日從中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)獲悉，該校微納米工程實(shí)驗室吳東教授團隊提出了一種飛秒激光二合一寫(xiě)入多材料的加工策略，并由此制造出由溫敏水凝膠和金屬納米顆粒組成的微機械關(guān)節，隨后開(kāi)發(fā)出具有多種變形模式的多關(guān)節人形微機械。研究成果日前發(fā)表于《自然·通訊》。

  近年來(lái)，飛秒激光雙光子聚合技術(shù)作為一種具有納米精度的真三維加工方式，被廣泛應用于制造各種功能微結構。這些微結構在微納光學(xué)、微傳感器和微機器系統等領(lǐng)域應用廣闊。

  研究人員介紹，飛秒激光二合一加工策略包括使用不對稱(chēng)雙光子聚合構建水凝膠關(guān)節以及在關(guān)節局部區域激光還原沉積銀納米顆粒。其中，非對稱(chēng)光聚合技術(shù)使水凝膠微關(guān)節局部區域的交聯(lián)密度產(chǎn)生各向異性，最終使其實(shí)現方向和角度可控的彎曲變形。原位激光還原沉積可以在水凝膠關(guān)節上精確加工銀納米顆粒。這些銀納米顆粒具有很強的光熱轉換效應，使多關(guān)節微機械的模態(tài)切換表現出超短響應時(shí)間和超低驅動(dòng)功率的優(yōu)異特性。

  作為一個(gè)典型的示例，8個(gè)微關(guān)節被集成在一個(gè)人形微機械上。隨后，利用空間光調制技術(shù)在3D空間內實(shí)現多焦點(diǎn)光束，進(jìn)而精確地刺激每一個(gè)微關(guān)節。多個(gè)關(guān)節之間的協(xié)同變形促使人形微機械手完成多個(gè)可重構的變形模態(tài)。最終，在微米尺度下實(shí)現了“舞動(dòng)的微機器人”。作為概念驗證，研究人員通過(guò)設計微關(guān)節的分布和變形方向，雙關(guān)節微型機械臂可以對同向和異向的多個(gè)微顆粒進(jìn)行收集。

  研究人員表示，飛秒激光二合一加工策略可以在各種三維微結構局部區域構建可變形的微關(guān)節，實(shí)現多種可重構的變形模態(tài)。未來(lái)，具有多種變形模態(tài)的微機械手將在微型貨物收集、微流體操作和細胞操縱方面展現廣闊的應用前景。