基于光致变形复合材料的光驱动微型软体游动机器人研究

Micro-robots have great applications values in micro-scale environment exploration and detection, micro-scale assembly, bio-medical and other applications, so researchers have paid extensive attention to the micro-robots. Now some micro-robots are developed with different drive principles and methods, while they generally still have troubles in independent drive and control. Therefore, to explore new drive method is an important research direction of micro-robots. For developing requirements of micro-robots, this application will combine a new nanomaterial to prepare a mechanism to realizing light-induced deformation, and use a focused beam to remotely and accurately drive and control a micro-robot. Further we will combine bionic design and soft polymer to explore and research a new light-driven soft swimming micro-robot. The research in this application will focus on realization of light-induced deformation mechanism, imitation swimming of single flagella microbial at low Reynold’s number, construction of light-driven micro-robot drive platform. This will realize remotely drive and control by lights.to solve the problem of difficult to independent drive and control for most micro-robots, which will facilitate the application of the micro-robot technology in some wider fields.

微型机器人由于在微尺度环境探索检测、微尺度组装、生物医疗等领域体现出的重要应用价值，而受到研究者们的广泛重视。到目前为止，一些基于不同驱动原理和方法的微型机器人已被研制出来，然而这些驱动方式的微型机器人大多仍然存在着难以单个精确独立驱动控制的问题。因此，探索新型驱动方式的微型机器人，是当前微型机器人研究领域的重要方向。针对微型机器人技术发展的需求，本申请将结合新型纳米材料，研究制备可以实现光致变形的机构，从而使用聚焦光束远程精确地驱动和控制微型机器人。进一步结合仿生设计和软体聚合物材料，来探索研制一种新型的光驱动软体微型游动机器人。在本申请中的研究工作将主要集中在光致变形机构的实现方法研究、低雷诺数下仿微生物游动研究以及光驱动软体微型机器人制造与驱动研究上，实现光能远程精确地驱动和控制，以解决大多数微型机器人难以单个精确独立控制的问题，从而将推动微型机器人技术在更广泛的领域中应用。

微型机器人由于在微尺度环境探索检测、微尺度组装、生物医疗等领域体现出的重要应用价值，而受到研究者们的广泛重视。当机器人本体不断缩小时，由于微型机械机器人本身的尺寸太小，而无法负载太大的电池来提供足够的能量；与此同时若使用导线来提供能量，则会降低微型机器人的运动性能并且限制了微型机器人的工作范围。所以，对于微型机器人的研制而言，如何实现供给能量以及如何传递控制信息是必须要解决的两个关键难题。到目前为止，一些基于不同驱动原理和方法的微型机器人已被研制出来，然而这些驱动方式的微型机器人大多仍然存在着难以单个精确独立驱动控制的问题。本项目成功探索研究了一种可以直接将光能转换为机械能的机构作为微型机器人的驱动装置，不但在制造微型机器人过程中省略将输入能量转换为机械能的复杂驱动装置（如电机等），而且解决了微型机械机构的能量供给的问题，实现远程非接触式的能量供给。同时也可以将控制信息添加到供能光束中，实现控制信息的传递，解决微型机械机构中控制信息传递的问题。通过巧妙的仿生设计，将生物高效灵活的游动方式与光驱动方法相结合，研制出跨学科结合材料学和机器人学的光驱动微型游动机器人，实现远程非接触式的光驱动和控制。通过本项目的研究，从理论和实验证明了基于MoS2材料光能-机械能转换的有效性，进一步通过光驱动微型游动机器人验证了光驱动方式用于微型机器人能源供给和控制信息传递的可行性。与此同时根据微型游动机器人的特性搭建了光驱动和控制平台，用于研究摆动游动的物理特性，发现了光驱动游动机器人游动速度主要控制因素为光强，与光照改变频率相关性不高，为光驱动游动机器人的应用和控制策略研究奠定基础。本项目为探索性研究，证实了光驱动用于微小型机构或机器人的有效性，为微型机器人的能源供给和控制信息传递提供了一种新的可能。