近日，中國科學(xué)院深圳先進技術(shù)研究院醫(yī)工所納米調(diào)控研究中心杜學(xué)敏團隊與智能仿生中心吳新宇和徐天添團隊合作，研發(fā)出受章魚啟發(fā)的多功能微型軟體機器人，集成多模態(tài)運動、可控變形、光學(xué)偽裝、可視化感知環(huán)境等功能于一體，極大提升了軟體機器人在復(fù)雜限域空間內(nèi)運動與執(zhí)行多重任務(wù)的能力。研究成果以Reconfiguration, Camouflage and Color-shifting for Bioinspired Adaptive Hydrogel-based Millirobots 為題，發(fā)表于《先進功能材料》（Advanced Functional Materials)。研究員杜學(xué)敏、助理研究員崔歡慶、副研究員徐天添為共同第一作者，杜學(xué)敏與吳新宇為共同通訊作者，深圳先進院為唯一通訊單位。
　　自然界中存在多種動植物能夠動態(tài)地改變自身的形貌、外觀、尺寸以適應(yīng)外界環(huán)境的變化或躲避天敵。受自然界啟發(fā)，研究者們開始模仿動植物的功能來構(gòu)筑仿生軟體機器人來執(zhí)行特定的任務(wù)。然而，已有報道的微型軟體機器人由于機器人結(jié)構(gòu)設(shè)計及材質(zhì)選擇限制，導(dǎo)致大多微型軟體機器人欠缺自適應(yīng)特性，極大限制其應(yīng)用。
　　基于杜學(xué)敏團隊前期在智能變形與變色材料的研究基礎(chǔ)（Research, 2019, 2019, 6398296; Matter, 2019, 1, 626; Adv. Mater. 2017, 29, 1702231; Adv. Funct. Mater., 2018, 28, 1801027; J. Mater. Chem. A, 2018, 6, 24748；Adv. Mater. Technol., 2017, 2, 1700120），研究團隊通過仿生章魚，創(chuàng)新性地提出分段式結(jié)構(gòu)設(shè)計：將磁響應(yīng)釹鐵硼顆粒僅設(shè)計在溫敏性水凝膠的頭部，作為驅(qū)動單元；將反蛋白石多孔結(jié)構(gòu)設(shè)計在透明的溫敏水凝膠的尾部，作為功能單元。通過實時調(diào)控磁場方向與頻率，微型軟體機器人展現(xiàn)出爬行、滾動、擺動、螺旋性推進等多模態(tài)運動，能夠精準地穿梭通過2 mm高的隧道，及450 μm寬的狹窄通道；與此同時，在遇到孔洞尺寸比機器人自身尺寸還小時，微型軟體機器人在光熱作用下甚至可以縮小至原身體尺寸的35%，進而自由穿過小于自身尺寸的狹窄空間；更有意思的是，由于水凝膠的高透明性，從而使得微型軟體機器人在復(fù)雜環(huán)境里具有優(yōu)異的光學(xué)偽裝功能，而且當環(huán)境溫度變化時，反蛋白石多孔結(jié)構(gòu)的尾部還能通過顏色變化實時感知周邊環(huán)境溫度變化。這種集成智能材料的微型軟體機器人不僅為新一代軟體微型機器人設(shè)計提供了新的思路，而且融合材料智能特性與機器人運動功能有望拓展在生物醫(yī)學(xué)、環(huán)境監(jiān)測等多個領(lǐng)域應(yīng)用。
　　該系列研究工作得到國家重點研發(fā)計劃、國家自然基金、廣東省、深圳市等的科技項目資助。
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　　圖：多功能微型軟體機器人的構(gòu)筑及其多模態(tài)運動、變形、偽裝、變色等多功能