無線供電的3D打印生物混合機(jī)器人

供稿人：陳文瑜、高琳
供稿單位：西安交通大學(xué)機(jī)械制造系統(tǒng)工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室
來源：中國機(jī)械工程學(xué)會增材制造技術(shù)（3D打印）分會

類生命仿生軟體機(jī)器人具有自主供能、高能量轉(zhuǎn)化率、自我修復(fù)等優(yōu)秀特性，是一個(gè)有廣闊應(yīng)用前景的研究課題。將柔性電子器件集與類生命仿生機(jī)器人結(jié)合，形成生物混合軟體機(jī)器人，可以結(jié)合傳統(tǒng)機(jī)器人與類生命機(jī)器人的優(yōu)勢。然而，現(xiàn)有的生物混合軟體機(jī)器人主要分為電極驅(qū)動和光驅(qū)動，需要使有線電極/光源跟隨機(jī)器人以實(shí)現(xiàn)控制功能，導(dǎo)線的存在大大限制了生物混合機(jī)器人的應(yīng)用。

為解決這一問題，哈佛大學(xué)醫(yī)學(xué)院的研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種無線供能的生物混合軟體機(jī)器人。該團(tuán)隊(duì)在柔性的無線供能與控制電路上，通過3D打印的方式構(gòu)建多層可折疊的、生物相容的支架，再將心肌細(xì)胞接種到支架上。電路通過無線線圈接收電能，傳輸?shù)酱碳る娐飞�，�?shí)現(xiàn)對心肌細(xì)胞的刺激。由于無線電路被集成到生物混合機(jī)器人上， 因此機(jī)器人的水下運(yùn)動能力不會受導(dǎo)線的約束。

圖1 無線功能的生物混合軟體機(jī)器人概念與系統(tǒng)設(shè)計(jì)

實(shí)驗(yàn)表明，通過調(diào)整無線驅(qū)動頻率，邊長為2厘米的生物混合機(jī)器人能夠以約580微米每秒的速度進(jìn)行運(yùn)動。同時(shí)，該驅(qū)動電路具有良好的生物相容性，未發(fā)現(xiàn)明顯的生物毒性�？傊�，該創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法為無約束的生物混合軟體機(jī)器人設(shè)計(jì)提供了參考，為基于集成電路的交互式傳感、靶向操作等功能的實(shí)現(xiàn)提供了可能，在生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用價(jià)值。

圖2 生物混合軟體機(jī)器人的驅(qū)動情況

參考文獻(xiàn)：
Tetsuka, H., Pirrami, L., Wang, T., Demarchi, D., Shin, S. R., Wirelessly Powered 3D Printed Hierarchical Biohybrid Robots with Multiscale Mechanical Properties. Adv. Funct. Mater. 2022, 32, 2202674. https://doi.org/10.1002/adfm.202202674