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记者8月10日从中国科学技术大学获悉，该校微纳米工程实验室吴东教授团队提出了一种飞秒激光二合一写入多材料的加工策略，并由此制造出由温敏水凝胶和金属纳米颗粒组成的微机械关节，随后开发出具有多种变形模式的多关节人形微机械。研究成果日前发表于《自然·通讯》。
近年来，飞秒激光双光子聚合技术作为一种具有纳米精度的真三维加工方式，被广泛应用于制造各种功能微结构。这些微结构在微纳光学、微传感器和微机器系统等领域应用广阔。
研究人员介绍，飞秒激光二合一加工策略包括使用不对称双光子聚合构建水凝胶关节以及在关节局部区域激光还原沉积银纳米颗粒。其中，非对称光聚合技术使水凝胶微关节局部区域的交联密度产生各向异性，最终使其实现方向和角度可控的弯曲变形。原位激光还原沉积可以在水凝胶关节上精确加工银纳米颗粒。这些银纳米颗粒具有很强的光热转换效应，使多关节微机械的模态切换表现出超短响应时间和超低驱动功率的优异特性。
作为一个典型的示例，8个微关节被集成在一个人形微机械上。随后，利用空间光调制技术在3D空间内实现多焦点光束，进而精确地刺激每一个微关节。多个关节之间的协同变形促使人形微机械手完成多个可重构的变形模态。最终，在微米尺度下实现了“舞动的微机器人”。作为概念验证，研究人员通过设计微关节的分布和变形方向，双关节微型机械臂可以对同向和异向的多个微颗粒进行收集。
研究人员表示，飞秒激光二合一加工策略可以在各种三维微结构局部区域构建可变形的微关节，实现多种可重构的变形模态。未来，具有多种变形模态的微机械手将在微型货物收集、微流体操作和细胞操纵方面展现广阔的应用前景。
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