港城大朱平安团队: 微执行器多模态驱动编程精确定制复杂各向异性

学术   科学   2024-11-17 10:30   新加坡  

研究背景


微执行器能够执行通常重复、危险或人类无法完成的任务,在精准医疗、环境修复和群体智能等领域具有巨大前景。
然而,微执行器的复杂运动通常要求几何形状、材料成分、结构方向和驱动方法的高度复杂性。这种复杂性可能增加设计、制造和操控微执行器的挑战,同时也可能导致机械脆弱性和故障风险的增加。
因此,在保持简单设计规则的同时,开发具有高功能复杂度的微执行器至关重要。



研究内容

近日,香港城市大学朱平安联合哈佛大学 Joanna Aizenberg、香港理工大学王立秋团队从自然界中发现的分层各向异性原理中汲取灵感,对热响应液晶弹性体 (LCE) 微执行器进行了多模态驱动编程,分别针对其在(亚)纳米、微米和(亚)毫米尺度上的分子、形状和结构各向异性进行精确定制。通过将不同层次的各向异性结合起来可大幅增加形状变换。

基于这一创新性的设计策略,该工作实现了单一 LCE 微结构的多种变形,包括膨胀、收缩、扭曲、弯曲和展开,以及组装的 LCE 架构的可重新编程形状变换,具有负泊松比、局部可调驱动以及从二维 (2D) 到三维 (3D) 结构的改变。这项工作还设计了一种四面体 LCE 微执行器,具有形状记忆效应、磁响应性和热驱动性,展示出良好的可控移动性,能够在各种环境中精确操纵固体和液体。

这一研究成果为微执行器的开发带来了范式转变,解锁了通过操纵各向异性层级可实现的大量复杂性。该成果以 “Programming hierarchical anisotropy in microactuators for multimodal actuation”(《在微执行器中编程分层各向异性以实现多模态驱动》)为题,发表在英国皇家化学会期刊 Lab on a Chip 上

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论文信息

  • Programming hierarchical anisotropy in microactuators for multimodal actuation

    Shiyu Wang, Shucong Li, Wenchang Zhao, Ying Zhou, Liqiu Wang* 王立秋,香港理工大学), Joanna Aizenberg*(哈佛大学) and Pingan Zhu*朱平安,香港城市大学)

    Lab Chip, 2024, 24, 4073-4084
    https://doi.org/
    10.1039/D4LC00369A

作者简介

王时雨 博士研究生
香港城市大学
本文第一作者,香港城市大学机械工程系博士研究生,导师为朱平安教授。于 2021 年获得中国科学技术大学硕士学位。主要研究方向为基于微流体的软驱动器和液体输运界面制造。






朱平安 助理教授
香港城市大学
本文通讯作者,香港城市大学机械工程系助理教授,2017 年在香港大学机械工程系获得博士学位,2017-2020 年在香港大学、哈佛大学从事博士后研究;主要从事微纳尺度流动基础及应用研究,包括微流控、表界面浸润性、液滴动力学、仿生设计和制造、微纳马达/驱动器等;在 Science, Nature Communications, Advanced Materials, Chemical Reviews 等期刊发表论文近 50 篇,合作出版英文学术专著 1 部。


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