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北科大光控微型機器人 登上國際權威期刊封面

2020-02-25 19:15經濟日報 吳佳汾

北科大光電系助理教授鄭鈺潔跨國合作的研究團隊,提出光驅動微型軟性機器人的設計創舉...
北科大光電系助理教授鄭鈺潔跨國合作的研究團隊,提出光驅動微型軟性機器人的設計創舉,登上Advanced Materials期刊封面。 北科大/提供

如螞蟻大小般,用光控制的微型軟性機器人,不但可以遠端遙控轉彎、導航定位,還能爬坡!

國立臺北科技大學光電工程系助理教授鄭鈺潔、碩士生呂浩銓、碩士生李軒,與芬蘭坦佩雷大學(Tampere University)曾浩博士等研究團隊共同合作,使用光敏軟材料結合剪紙創意,歷時三年製作出光驅動微型軟性機器人,突破以往軟性架構無法執行複雜運動的不足,為微米(µm)尺度、顯微鏡下的自動化開啟新視野。此成果登上國際光電材料領域頂尖期刊Advanced Materials,更獲選為當期封面。

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光驅動微型軟性機器人成品。 北科大/提供
光驅動微型軟性機器人成品。 北科大/提供

鄭鈺潔表示:「我們認為電控微型機器人發展到最小的整體架構,僅能到釐米(mm)尺寸,一直無法縮小至微奈米尺寸,是因為它的驅動來源需要有線電路或裝載電池。尺度更小的雖有分子結構式的化學奈米機器人,但從釐米到奈米之間,可達到顯微鏡下自動化的微米機器人,尚未有良好的解決辦法。因此我們需要新的驅動來源,藉由輻射傳遞能量的光波,則是此研究核心問題的解決方案。」

北科大光電系助理教授鄭鈺潔(右二)與碩士生李軒(右一)、呂浩銓(左二)等研究團隊...
北科大光電系助理教授鄭鈺潔(右二)與碩士生李軒(右一)、呂浩銓(左二)等研究團隊合影。 北科大/提供

以往微型軟性機器人受限於材料特性,只能往前、往後移動,無法執行轉彎或到達定點這類較複雜的運動;鄭鈺潔的研究團隊利用厚度為50微米、薄如人髮的液晶聚合物薄膜,結合剪紙概念將2D薄膜轉化為3D的幾何結構,利用光對此多瓣結構進行型變控制,達到步階式的光誘導機械運動(photomechanical movements),成功實現以光控制的滾動式微型機器人,不僅可由光導航複雜路徑,移動速度最高可達每秒5釐米,甚至可爬上最高6度的斜坡。

鄭鈺潔2016年中從Intel研發工程師轉戰北科大教職,當時發現台灣液晶與半導體產業發展多年,卻少有人研究用光去控制液晶高分子的題目,在釐米與奈米之間的微型機器人研究也缺乏進展與突破,因此提出這個跨光學與材料領域的前沿研究,獲科技部107年度「愛因斯坦年輕學者培植計畫」支持。

她表示,這個光感材料的研究題目未來可結合微奈米光學,透過材料創新或結構上設計,使光感機器人能直接對環境進行感測並反應,不像電控機器人需經過晶片編程判斷後才驅動,可實現仿生微結構,為一概念上的創新。

研究團隊把剪紙概念應用在微型機器人的結構設計,施加外力後可使原本2D結構轉化至3...
研究團隊把剪紙概念應用在微型機器人的結構設計,施加外力後可使原本2D結構轉化至3D。 北科大/提供

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