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NEW 亚洲大学研究组开发出可以与生命体进行交流的超小型微型机器人
- 2021-11-10
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2021-10-14
我校的研究团队开发出了能够准确测定生命体微小脉搏或心跳数的手指模样的超小型机器人。 它可以无伤口地抓住小生命体及人的心血管，监控生物信号，预计今后将被用作生物医学机器人。
韩胜勇、姜大植、高济成（照片从左到右，机械工学系教授）研究组表示，成功实现了模仿手部功能的毫米大小的（3~5毫米）微型精密软栅。
此次研究成果以"利用多功能软栅测量微型生命体生物信号(Vital signal sensing and manipulation of a micro-scale organ with a multifunctional soft gripper)"为题，刊登在世界机器人领域的学术杂志《科学机器人(Science Robotics)》10月13日的网络版上。亚洲大学机械工程系卢延旭、金旻浩学生作为第一作者参与了此次研究。
自然界中存在的多种动、植物的抓爪中，人的手指可以独立移动5个手指，因感觉细胞集中，可以细致、准确地处理抓住的对象，还可以区分对象的状态。第四次工业革命以后，在机器人及医用机器人等多个领域，为了模仿人的手功能，正在进行很多研究。
但是，现有的抓爪主要由坚硬的物质制成，因此存在难以抓住柔软对象的问题。另外，如果放入接收生物信号的传感器，抓爪的体积就会变大，因此对于捕捉体积小的生物体存在局限性。医疗用抓爪需要与周边电子设备进行整合，以实现小型化抓爪的精密控制和苦恼感。
研究组使用了可以调节坚硬和柔软的可变强性形状记忆聚合物材料，制作了与生命体皮肤相似性质的Gripper。 另外，利用纳米线和激光工艺，将传感器最小化，将机器人的尺寸缩小到5毫米以下。银纳米线在独立精准控制软栅的5个手指的同时，还可作为温度传感器，传达对测定对象的生物信号监测及热刺激。
研究组开发的软格力管在不打爆直径3毫米左右的蜗牛卵的情况下进行加热孵化，并对孵化过程中产生的细微动作及孵化后的400~600微米大小的蜗牛的心脏跳动数进行了测定。另外，活生生的猪的血管也能无伤地捕捉，测量脉搏，并成功捕捉易爆的三文鱼蛋。重量为25.4毫克的软杠杆瞬间举起比自身重量最多重6400倍的物体，或持续举起重1200倍的物体。
韩胜勇教授表示:"现有的抓爪研究只限于测定抓住对象的信号，但是此次研究可以分析诊断和结果，对抓住对象提供治疗"，"在应用到医疗用微型机器人开发领域的同时，可以扩展到可以分析堆积很多难题的人在细胞等级上的生命体的机械动作、刺激、反应的新平台。"
他接着补充说:"计划通过后续研究，向电气刺激、药物传递、无线动作等多种方向扩张。"
另外，此次研究是在科学技术信息通信部个人基础研究（新进研究）事业的支援下进行的。
<利用软栅促进蜗牛孵化及生物信号测定过程>
<研究小组研发的超小型智能抓爪>
<利用智能抓爪抓三文鱼籽及物体过程>
（注：本文出现的所有人名均系音译）