科研速递 | 港中大(深圳)理工学院俞江帆教授团队在Advanced Materials发表研究成果

视频1：机器人滚动、粘滑和爬行运动模态及其自适应切换

作者验证了机器人在多种管道环境中的运动能力。为模拟气道内黏液环境，在覆盖模拟黏液的周期性起伏气管模型中验证了机器人运动能力。结果表明，机器人能够克服黏液阻力与表面不规则性，在该环境中保持稳定运动（图3A）。在存在气液两相的分叉通道中，机器人能够跨越气–液界面并在充满模拟黏液的通道中实现稳定运动（图3B）。为模拟呼吸运动引起的气道直径动态变化，作者构建了可周期性伸缩的柔性通道，使通道直径在4 mm与2.8 mm之间周期性变化，验证了机器人在动态环境中仍可保持稳定推进，实现有效运动（图3C）。

图3：机器人在复杂腔道环境中的运动

视频2：机器人在复杂腔道环境中的运动

为实现药物的保护和按需释放，作者将药物装载到机器人中心的载药空腔中，采用由十六醇、油酸和Fe₃O₄颗粒组成的相变材料对载药空腔进行密封（图4A）。流变测试表明，该材料在约42.3 ℃发生固液相变，在体温条件下能够保持固态（图4B）。施加高频交变磁场后，Fe₃O₄颗粒通过磁热效应使密封材料升温并熔化，从而触发药物释放。作者分别验证了装载多柔比星溶液和罗丹明B溶液的机器人的磁热释药性能，实验结果显示，多柔比星溶液与罗丹明B溶液均可在磁热后实现持续释放（图4C）。

图4：基于磁热效应的按需药物递送系统

在离体猪肺实验中，首先通过支气管镜将载药机器人部署至主支气管，并在旋转磁场的驱动下使机器人沿预设路径向远端支气管运动。机器人在主支气管区域采用滚动模态，在直径较小的支气管中切换至粘滑模态，进入高度受限的远端支气管后则采用爬行模态，最终到达目标区域（图5A–D）。通过磁热效应熔化密封材料，实现所装载药物的按需释放（图5E）。完成药物释放后，机器人在旋转磁场控制下进入气管插管并被成功回收（图5F）。

图5：机器人在离体猪肺中的导航、药物递送和与回收

视频3：机器人在离体猪肺中的导航、药物递送和与回收

俞江帆是香港中文大学（深圳）理工学院副教授、人工智能学院兼聘副教授、校长青年学者、深圳市人工智能与机器人研究院（AIRS）微型机器人中心主任。他是国家高层次青年人才，主持国家重点研发计划青年科学家、国家自然科学基金、广东省面上、深圳市重点等项目。他是招商局-AIRS医疗机器人未来产业联合实验室学术带头人，担任中国自动化学会、中国计算机学会智能机器人专委会执行委员、中国微纳技术学会微纳机器人分会理事、IEEE高级会员。他的研究主要集中在医用微型机器人领域，至今发表了80余篇顶级期刊及会议文章、2部专著、1部编著，以第一/通讯作者身份发表文章包括Nature Machine Intelligence、Science Advances、Nature Communications、IJRR、TRO、Advanced Materials等。他获得了多个有影响力的奖项，包括IEEE RAS Early Academic Career Award、亚太区 MIT TR 35、IROS 最佳学生会议论文奖，国际基础科学大会前沿科学奖、吴文俊人工智能科技奖自然科学奖二等奖、中国电子学会自然科学二等奖、百度全球华人AI青年学者、IEEE 3M-NANO Rising Star Award。他担任IEEE TRO、IEEE TASE的编委，以及Science Robotics、Science Advances、Nature Nanotechnology、Nature Sensors、Nature Communications、PNAS等多个顶级期刊和会议的审稿人。

王潇朴是深圳市人工智能与机器人研究院副研究员，香港中文大学（深圳）理工学院客座助理教授，主持的项目包括国家自然科学基金、广东省面上等。她多年来一直从事生物医用磁驱动微纳/微型机器人研究，具体应用方向包括智能药物递送、栓塞治疗术、血流导向应用等。因其在生物医用微纳机器人相关研究中的突出贡献，她于2020年6月获得了瑞士生物材料与再生医学协会颁发的2020年度研究奖（SSB+RM Research Award 2020，每年仅授予一位）。到目前为止，她共发表国际高水平期刊及会议论文40余篇，其中一区以上期刊论文28篇，第一作者期刊论文6篇（含1篇共同第一作者），通讯作者（含共同通讯作者）期刊论文12篇。据Web of Science统计，文章总引用量3000余次，一作论文单篇最高引用量419次，H-index 22，i10-index26。

张立群，本科毕业于中南大学，硕士毕业于新加坡国立大学，现于香港中文大学（深圳）理工学院俞江帆教授团队攻读博士学位。主要研究方向为磁性软体机器人和柔性电子的生物医疗应用。