中国科学技术大学开发多关节人形微机械实现多种变形模式
中国科学技术大学团队提出飞秒激光二合一写入策略，结合温敏水凝胶与银纳米颗粒构建微机械关节，开发出多关节人形微机械。通过非对称光聚合与原位激光还原沉积，实现关节可控弯曲及多模态变形，响应快、驱动功率低。该技术有望用于微型货物收集、微流体操作和细胞操纵等领域。
再来分享一项令人振奋的科研突破——就在不久之前，中国科学技术大学微纳米工程实验室吴东教授团队，成功提出了一种“飞秒激光二合一写入多材料”的全新加工策略。该团队将温敏水凝胶与金属纳米颗粒巧妙结合，制造出微机械关节，并以此为基础开发出多关节的人形微机械。相关研究成果已发表在《自然·通讯》上。
飞秒激光双光子聚合技术，大家并不陌生，它是实现纳米精度真三维加工的利器，近年来在微纳光学、微传感器、微机器系统等众多领域展现出强大能力。然而，一个关键难题始终存在：如何利用飞秒激光实现复合多材料加工，并进一步打造出多模态的微纳机械？这一挑战长期困扰着研究人员。
那么，这次团队是如何攻克这一难关的？他们设计了一套“二合一”方案：一方面，采用不对称双光子聚合技术构建水凝胶关节；另一方面，在关节局部区域通过激光还原沉积银纳米颗粒。关键在于——非对称光聚合使得水凝胶微关节的局部交联密度产生各向异性，从而让关节能够沿着特定方向、以特定角度进行弯曲变形，具备极强的可控性。而原位激光还原沉积的银纳米颗粒，光热转换效率极高，确保了整个多关节微机械在模态切换时拥有超短的响应时间和极低的驱动功率，性能表现确实令人瞩目。
为了直观展示实际效果，团队将八个微关节集成在一个人形微机械上。随后，借助空间光调制技术，在三维空间内生成多焦点光束，精准地对每个关节发出“指令”。通过多个关节的协同变形，人形微机械手成功实现了多种可重构的变形模态——最终，在微米尺度上，硬是让一个“舞动的微机器人”动了起来。作为概念验证，他们还设计了一款双关节微型机械臂，通过调整关节的分布与变形方向，成功对同向和异向的多个微颗粒进行了收集。
这套飞秒激光二合一策略的核心意义在于：它能够在各种三维微结构的局部区域，按需构建可变形的微关节，从而实现多种可重构变形模态。可以预见，未来这些拥有多种变形模态的微机械手，在微型货物收集、微流体操作、细胞操纵等诸多领域，将大有可为。
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