微纳机械人的设想取制制

　　图2 （a）Ir/SiO2Janus化学驱微纳机械人；（b）具有多种活动模式的Fe3O4NPs集群；（c）基于埃洛石纳米管的高负载微纳机械人；（d）具有超疏水概况的超快管状微纳机械人；（e）操纵静电彼此感化加强负载能力；（f）Pt取TiO2界面电子转移加强活动机能；（g）磁驱动螺旋状微纳机械人；（h）概况微布局加强活动机能；（i）可正在复杂中的液体微纳机械人。（a）经许可转载。版权所有（2014）美国化学学会。（b）经许可转载。版权所有（2022）美国化学学会。（c）经许可转载。版权所有（2021）美国化学学会。（d）经许可转载。版权所有（2016）The Royal Society of Chemistry。（e）经许可转载。版权所有（2022）美国化学学会。（f）经许可转载。版权所有（2020）WILEY-VCH Verlag GmbH＆Co。KGaA，Weinheim。（g）经许可转载。版权所有（2023）WILEY-VCH Verlag GmbH＆Co。KGaA，Weinheim。（h）经许可转载。版权所有（2018）美国化学学会。（i）经许可转载。版权所有（2020）WILEY-VCH Verlag GmbH＆Co。KGaA，Weinheim。

　　期刊先后被SCI、EI、Scopus、CSCD等近30个国际出名数据库收录。IF （2023） 16。1，JCR Q1区，持续两年位列全球工程制制范畴第一，中国科学院期刊分区工程手艺一区、机械工程范畴高质量科技期刊分级目次T1级。获机械工业科学手艺科技前进二等、中国科协优良科技论文、中国最具国际影响力学术期刊等荣誉。

　　耦合设想方式以功能需乞降功能实现为焦点，将材料-功能一体化设想、界面-机能一体化设想和布局-机能一体化设想相连系的耦合设想方式，降服了微纳机械人正在低雷诺数和微纳标准下快速活动、矫捷节制和高效拆载等难题。通过优化材料、界面和布局的彼此关系，这种设想方式为开辟具有高顺应性、优异不变性和功能多样性的高机能微纳机械人供给了新的路子和冲破口。图2展现了基于材料-界面-布局-功能/机能耦合设想的微纳机械人典型案例。

　　最新进展次要分为两个部门：耦合设想方式取复合制制方式。起首，微纳机械人的设想已从材料、布局、功能的孤立、串行设想成长到分析考虑材料、界面、布局和功能/机能的耦合设想。别的，各类增/等/减材复合制制方式已普遍使用于微纳机械人的功能布局制制中。

　　微纳机械人正在生物医疗、修复和微制制等前沿范畴具有广漠的使用前景。做为一个典型的交叉学科，微纳机械人正在材料、布局、工艺、功能和使用等方面具有丰硕的内涵。虽然已有多篇优良的综述文章总结了这些方面的最新进展，但大多侧沉于微纳机械人的推进机制、布局或使用，而较少关心其设想和制制过程的根基科学框架。近期，《Design and manucturing of micro/nanorobots》的综述，从设想取制制方式维度审视微纳机械人，提出了“以微纳机械人功能/机能为导向的一体化设想取制制策略”，系统阐释了分析考虑材料、界面、布局、功能/机能的微纳机械人耦合设想方式，以增材制制为焦点辅以等/减材制制的复合制制方式，并从微纳机械人设想、制制、检测等方面瞻望了将来成长标的目的和科学框架，为以微纳机械报酬代表的功能器件一体化设想取制制供给了新的视角。

　　微纳机械人可以或许将中其他形式的能量为本身动能，并能正在液相介质中施行传感、货色运输和微操做等使命，因而正在生物医疗、微纳制制和工程等范畴展示出庞大的使用潜力。正在过去十年里，微纳机械人正在材料、驱动、节制和制制手艺方面取得了显著进展。从金属、聚合物到生物材料等各类材料已被使用于具有分歧功能的微纳机械人中。取此同时，化学场、超声场、光场、电场和及其夹杂场正在微纳机械人的驱动和节制中阐扬着主要感化。多种制制方式的不竭成长进一步鞭策了微纳机械人的前进。但它们遍及具备活动性、可控性和负载能力这三个焦点功能，这些功能是微纳机械人施行各类使命的根本。实现这些功能的程度被称为“机能”，它正在很大程度上决定了微纳机械人施行使命的效率和质量。因而？。

　　以功能/机能为焦点的材料-界面-布局-功能/机能一体化设想取增/等/减材复合制制方式有帮于开辟多功能/高机能微纳机械人，估计正在生物医学、修复、微纳制制等各类潜正在使用中阐扬主要感化。为了应对将来的使用需求，微纳机械人成长的预期趋向次要集中正在设想、正在设想阶段，基于人工智能的材料-布局-功能集成设想系统将冲破研究人员经验性和客不雅性设想的局限，提拔多消息处置能力。正在制制阶段，正在检测阶段，对微纳机械人的功能和机能进行测试和评估将显著提高设想和制制微纳机械人的精确性和靠得住性。此外，这三个阶段并行协做，并通过及时数据传输实现消息互通，从而鞭策微纳机械人研发过程中全流程的消息融合取智能优化。该文设想的包罗人工智能设想系统、复合制制配备和原位检测系统的集成系统，如图4所示。

　　复合制制方式取宏不雅标准前次要采用减材制制分歧，微纳机械人更多依赖于以增材制制为焦点的增/等/减材复合制制方式来建立其功能布局。以棒状功能布局为例，按照材料分布的分歧体例，棒状微纳机械人可分为径向多材料型和轴向多材料型，如图3所示。通过静电纺丝手艺取冷冻切割手艺的连系，可实现径向多材料型棒状微纳机械人的长径比定制化制制。模板辅帮电堆积取湿法化学侵蚀的连系，为制制轴向多材料型棒状微纳机械人供给了庞大潜力，出格是操纵该方式制制的柔性棒和一端凹陷的棒，均可显著提拔棒状微纳机械人的活动机能。

　　InternationalJournal of Extreme Manucturing(中文《极端制制（英文）》），简称IJEM。做为极端制制范畴首本专业期刊，具有显著的多学科交叉特色。期刊聚焦极端制制范畴前沿科学成长和手艺需求，努力于颁发极端制制范畴相关的高质量最新研究，涵盖支持极端制制的根本科学到前沿手艺，旨正在搭建平等的沟通桥梁，鞭策极端制制范畴的多学科融合取立异。

　　为了正在复杂动态中并完成使命，高机能微纳机械人凡是需要具备多材料（如金属材料、智能材料、复合材料）、复杂布局（如非对称布局、刚柔耦合布局、可变形布局），并正在微纳标准上集成多种功能（如活动、可控、货色运输）。然而，这些需求给高机能微纳机械人的设想和制制带来了诸多挑和。起首，因为多材料分布、表/界面特征和跨标准布局特征对微纳机械人机能的复杂影响，保守串行设想策略难以实现高机能微纳机械人的无效设想。其次，单一制制手艺难以满脚高机能微纳机械人复杂多材料三维布局的高度集成制制要求。为领会决这些问题，材料-界面-布局-功能/机能耦合设想方式和增/等/减材复合制制方式成为冲破高机能微纳机械人设想和制制难题的环节。正在本文中，李隆球传授等人提出了“以微纳机械人功能/机能为导向的一体化设想取制制”这一概念，对微纳机械人设想取制制的最新进展进行了细致引见。