Aligned Magnetic Nanocomposites for Modularized and Recyclable Soft Microrobots

微尺度化学 软机器人 材料科学 模块化设计 纳米技术 软质材料 机器人 仿生学 计算机科学 机械工程 爬行 弹性体 工程类 人工智能 复合材料 数学教育 操作系统 解剖 医学 数学
作者
Langquan Shui,Ke Ni,Zhengzhi Wang
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:14 (38): 43802-43814 被引量:7
标识
DOI:10.1021/acsami.2c13108
摘要

Creating reconfigurable and recyclable soft microrobots that can execute multimodal locomotion has been a challenge due to the difficulties in material processing and structure engineering at a small scale. Here, we propose a facile technique to manufacture diverse soft microrobots (∼100 μm in all dimensions) by mechanically assembling modular magnetic microactuators into different three-dimensional (3D) configurations. The module is composed of a cubic micropillar supported on a square substrate, both made of elastomer matrix embedded with prealigned magnetic nanoparticle chains. By directionally bonding the sides or backs of identical modules together, we demonstrate that assemblies from only two and four modules can execute a wide range of locomotion, including gripping microscale objects, crawling and crossing solid obstacles, swimming within narrow and tortuous microchannels, and rolling along flat and inclined surfaces, upon applying proper magnetic fields. The assembled microrobots can additionally perform pick–transfer–place and cargo-release tasks at the microscale. More importantly, like the game of block-building, the microrobots can be disassembled back to separate modules and then reassembled to other configurations as demanded. The present study not only provides a versatile and economic manufacturing technique for reconfigurable and recyclable soft microrobots, enabling unlimited design space for diverse robotic locomotion from limited materials and module structures, but also extends the functionality and dexterity of existing soft robots to microscale that should facilitate practical applications at such small scale.
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