【东大成果】光控软体机器人研究最新成果-IOTA

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【东大成果】光控软体机器人研究最新成果

阅读量：3680282 2019-10-22

软体机器人

软体机器人是一种新型柔软机器人，能够适应各种非结构化环境，与人类的交互也更安全。机器人本体利用柔软材料制作，一般认为是杨氏模量低于人类肌肉的材料；区别于传统机器人电机驱动，软体机器人的驱动方式主要取决于所使用的智能材料；一般有介电弹性体（DE）、离子聚合物金属复合材料（IPMC）、形状记忆合金（SMA）、形状记忆聚合物（SMP）等等，从响应的物理量暂时分为如下几类：电场、压力、磁场、化学反应、光、温度。科学家依此设计了各种各样的软体机器人，大多数软体机器人的设计是模仿自然界各种生物，如蚯蚓、章鱼、水母等。

技术难点

光控软体机器人是智能仿生机器人研究领域的热点方向。然而，如何实现软体机器人运动方向的便捷调控，是该领域目前急需解决的一个关键科学性问题。传统的光刺激调控法，需要将光束集中在软体机器人的某个局部区域，或者沿某个角度或方向去照射软体机器人，使之产生局部的形变差异，进而推动软体机器人沿某个方向前进。例如，在文献中经常看到的场景是，将光束照射在软体机器人的头部，使其后退；照射在尾部，使其前进；从左向右扫描软体机器人，使其右拐；从右向左扫，使其左转。此类光刺激调控法缺乏便捷性，非常不方便。

成果概况

日前，东南大学化学化工学院杨洪教授课题组在光控软体机器人研究领域取得重要进展，科研团队报道了一种利用可见和红外三个波段的光去操控软体机器人运动方向的调制策略。研究成果发表在国际顶级期刊《自然通讯》杂志上。

成果创新

东大杨洪教授科研团队另辟蹊径，构建了多层次结构的液晶弹性体基软体机器人，在不同的结构层次中加入三种分别对520nm、808nm、980nm波段光源响应、且互不干扰的有机光热转换试剂，从而利用可见和红外三个波段光的开/关变化去操控软体机器人的运动方向。和传统的光刺激调控法相比，该方法是通过软体机器人不同区域对光刺激的选择性吸收，来实现整体的形变差异，进而推动软体机器人运动，因此光源的照射位置、方向、角度等因素都不会对运动方向产生根本性影响。该策略为实现软体机器人运动方向的便捷调控提供了新思路。论文第一作者为2016级博士生左波同学。

专家介绍

杨洪教授，男，教授，博士生导师。先后在美国科罗拉多大学（Univ. Colorado, Boulder）获得硕士和博士学位，2010年加入东南大学化学化工学院，现为重大科技岗研究员。
主要从事液晶材料，功能高分子材料，高分子合成方法学，有机合成，杂环化学、药物化学等领域的研究与教学工作，先后主持了基于法向热传导的垂直取向液晶高分子薄膜研究【国家自然科学基金面上项目（2014-2017）】等多项重大项目研究。2016年以来，更在高分子仿生科学、近红外光致形变高分子材料等领域不断取得突破性研究成果。
在Journal of the American Chemical Society， Journal of Materials Chemistry，Soft Matter，Chemistry of Materials，Macromolecules，Advanced Functional Materials 等国内外期刊发表论文20余篇；论文被国内外同行引用200余次。