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（圖片摘自Nano Today官網）

  機器人技術正在改變工業和人類的日常生活。機器人作為一個交叉學科，受到了機械工程、計算機科學、材料科學、化學等各學科的高度關注，推動機器人的實際應用從微觀/納米尺度向宏觀尺度發展。傳統剛性機器人在不損壞脆弱物體的情況下對其進行操作仍然具有挑戰性，限制了其在精細任務中的應用。與剛性機器人不同，軟體機器人在受到各種機械力時具有變形和適應性，在一些地形復雜的應用場景中具有優勢。其中，水凝膠機器人是典型的軟體機器人(圖1a)。

  天然生物為設計和制造具有自主和智能行為的水凝膠機器人提供了豐富的靈感，包括運動、感知和對環境變化的響應。研究特定的身體結構，并將這些結構整合到機器人中，這是很重要的一點。小型化是另一個關鍵方面，它拓展了傳統機器人的應用范圍，使機器人能夠以微創甚至無創的方式進入傳統機器人難以到達的區域，例如在地震后的廢墟中尋找傷員，在人體內投放藥物等。仿生微型軟體機器人近年來逐漸成為一個熱門的研究課題。例如，軟體動物可以根據來自環境的生物物理和化學信號的復雜協調來進行多模態運動，包括可重構變形、游泳、尺蠖狀運動和蠕動。螞蟻能夠通過局部交流，自組織(指自身改變形態和結構)成各種復雜的功能結構，這有助于它們合作完成個體能力之外的復雜任務。通過研究和模擬生物有機體的這些特殊生物結構、運動行為、通信機制和環境相互作用，研究人員設計和制造了具有多模態變形和運動的軟水凝膠機器和機器人，用于貨物運輸、藥物輸送和傳感等廣泛應用。

圖1. (a) 機器人、軟機器人、水凝膠機器人和仿生水凝膠機器人之間的關系示意圖。(b) 幾種典型的受自然界啟發的微型水凝膠軟體機器人。

  近日，深圳大學王奔教授、吉林大學牛士超教授、韓志武教授與湖北大學郭志光教授在Nano Today上發表了題為《Bioinspired hydrogel actuator for soft robotics: Opportunity and challenges》的綜述。在這篇綜述中，對于受自然界各種生物啟發的水凝膠機器人進行了系統的介紹，所涉及的仿生原型包括水黽、魚、青蛙、蠕蟲、水母、水蛭、花、食肉植物、含羞草和微生物等(圖1b)。該綜述強調了各類不同的動作模態及其優勢，如游泳、爬行、擺動、行走和翻滾。隨后，總結了水凝膠機器人在藥物輸送、傳感、細胞輸送、貨物運輸等方面的應用(圖2)。最后，該綜述討論了當前這一研究領域的挑戰并進行了簡要的展望，重點介紹和討論了未來研究趨勢和對未來研究的重要考慮。 

圖2. 仿生水凝膠微型軟體機器人的幾種典型應用。

  仿生水凝膠微型機器人已經應用于生物醫學領域，并在體外和體內都取得了良好的效果。作為水凝膠微型機器人復制自然生物過程的重要起點，材料科學的快速發展有助于將自然靈感融入人工材料，從而增加了臨床應用的可能性。因此，需要進行更深入的研究，將合成方法和組裝技術結合起來，開發具有最佳物理化學性質和生物功能的仿生水凝膠微型機器人。此外，結合個性化的生物因素可以克服與水凝膠轉化為臨床應用相關的成本、儲存壽命短、降解和其他挑戰等問題。此外，精密醫學設計融入仿生水凝膠微型機器人，從而更好地適應患者的病理狀態。大自然提供了廣泛的生物靈感，預計仿生水凝膠微型機器人將給精密醫學帶來革命性的變化。

  論文信息：

  Bioinspired hydrogel actuator for soft robotics: Opportunity and challenges

  通訊作者：王奔（深圳大學）；牛士超（吉林大學）；韓志武（吉林大學）；郭志光（湖北大學）

  其他作者： Yunrui Chen（陳云瑞）,  Yabin Zhang （張亞斌），Hongyuan Li（李宏源），Jie Shen（沈杰），Fangfei Zhang（張芳菲）, Jiajun He （何家俊）, Junzhu Lin （林俊柱）

  Nano Today 49 (2023) 101764 

  Publication Date:

  https://doi.org/10.1016/j.nantod.2023.101764

  Copyright © 2023 Elsevier

  原文鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1748013223000130