深圳先進院等發表仿生智能驅動器研究進展綜述

2020-09-25 嶺南科苑

近日，中國科學院深圳先進技術研究院醫工所納米調控與生物力學研究中心杜學敏研究團隊與香港中文大學張立副教授合作在Wiley旗下期刊Advanced Intelligent Systems上發表仿生智能驅動器研究進展綜述Intelligent polymer-based bioinspired actuators: from monofunction to multifunction。該綜述總結了面向複雜變化環境應用需求的仿生智能驅動器近年來的快速發展，詳細介紹了從單功能到多功能演化的仿生智能驅動器的設計構建策略及其在生物醫學和機器人等領域的創新應用，並對仿生智能驅動器的現存挑戰和未來發展方向進行了總結和展望（Advanced Intelligent Systems, 2020, DOI: 10.1002/aisy.202000138）。杜學敏研究團隊成員崔歡慶助理研究員與趙啟龍副研究員為共同第一作者，杜學敏研究員為通訊作者。

為適應複雜變化的自然環境，自然界中生物演化出了多樣的驅動行為，如動態調節其身形、顏色和位置，大大提升了生物的生存能力。受益於自然界生物驅動行為的啟發以及刺激響應性高分子材料的快速發展，近年來仿生驅動器得到了長足的發展，並呈現從單一變形驅動功能到集成感知、報告、運動等多功能演化的趨勢，由此賦予仿生驅動器適應環境變化反饋調控以及自主執行任務的「智能」屬性，極大拓展了仿生驅動器的能力界限和應用場景。

在前期研究工作中，杜學敏研究團隊在仿生智能驅動器的形變調控策略和機制（Adv. Mater.2017, 29, 1702231;Research, 2019, 2019, 6398296;J. Mater. Chem. A, 2018, 6, 24748）、多功能仿生智能驅動器構建（Adv. Funct. Mater., 2020, 1909202;Matter, 2019, 1, 626;Materials Horizons, 2020, 7, 1341）及在生物醫學領域的創新應用（Natl. Sci. Rev., 2020, 7, 629;Adv. Funct. Mater., 2018, 28, 1801027;Adv. Mater. Technol., 2019, 4, 1900566;Adv. Mater. Technol., 2017, 2, 1700120；Microsystems & Nanoengineering, 2020, 6, 58）等方面取得了重要進展。

本綜述圍繞以上研究以及該領域代表性工作，對從單功能到多功能演化的仿生智能驅動器近年來的快速發展進行了總結；與此同時，還對目前仿生智能驅動器在環境響應速度、靈敏度、精確度以及多功能精準調控等方面存在的挑戰進行了討論，並就未來構建具有「感知-分析-驅動」更高智能的仿生驅動器進行了展望。

該系列研究工作得到了國家重點研發計劃、國家自然科學基金、中國科學院青年創新促進會、廣東省、深圳市等科技項目資助。

圖 1 仿生智能驅動器：從單功能到多功能的演化

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