2023年11月15日下午，我院ME论坛第十八届第十场讲座在开物馆A101成功举办。本次讲座的主题是“集成化与智能化的电控微纳机器人”。讲座由我院唐一超教授主持。

本次讲座的主讲人是来自上海交通大学电子信息与电气工程学院微纳电子学系副教授、国家级海外青年人才，刘清坤。刘教授2013年博士毕业于浙江大学，2013年至2022年在美国康奈尔大学等研究机构工作。主要研究方向是微纳机器人与智能材料，迄今发表60余篇论文，包括以第一/通讯作者在Nature、Science Robotics、Science Advances、PNAS等期刊上发表论文20余篇，被引2900余次，h-index 26，申请美国专利6项。

刘教授首先介绍了微型机器人的研究背景与研究现状。自然界存在着各种人肉眼不可见的纳米机器和微型生物，从细菌表面的纤毛到会游动的草履虫，国内外学者致力于在机器人领域模仿自然界中的微型生物，但是制造这些微纳尺度上的机器还存在着巨大的挑战。目前对微型机器人的研究成果颇丰：从厘米级别，如昆虫尺度机器人、机器蜜蜂；到微米级别，如细胞尺度机器人、磁性折纸鸟；再到纳米级别，如蛋白质机器人等。当前，微纳级别的微型电控机器人研究已经涉及多个学科，包括机械工程、电子工程、生物学和材料科学等，未来的发展趋势包括更复杂的自主机器人、更先进的能源系统以延长工作时间、以及更精细的传感和控制系统筹。

电控微纳机器人能够进行智能决策，感知外界信息，实现高度精密和精确的运动，可以设计实现多种功能，包括传感、执行、记录和通信等，能够应对各种应用场景，适应多种环境；这些特性在执行任务时提供了很大的灵活性，尤其是在进入难以到达的区域或高度危险的环境中，在生物医学、制造业、环境监测等领域中都具有十分重要的应用潜力。

在介绍团队的研究成果时，刘教授指出，对电控微纳机器人的研究开发过程中，与微电子相关的内容开发并不具有挑战性，其中更困难的部分是涉及到机器人动力学结构设计、材料、能源等方面，如何在微纳米级别尺寸设计制造能够运动的电动执行器，以及如何通过集成电路控制微型机器人的运动，这些是研究过程中碰到的主要难题。在解决问题的过程中刘教授团队进行了大量的调研，最终设计出了低电压（1V）驱动的纳米执行器，其弯曲半径只有500纳米，其工作原理如下：应用了电化学原理，由一层惰性材料与一层活性材料组成，开始时由于两层材料的应力不匹配，执行器处于弯曲状态；在介质环境中施加电压，进行电化学反应，活性材料层被氧化，氧化层使弯曲的执行器延展开来，撤掉电压后仍保持平滑状态；在氧化层上再施加还原电压，活性材料层回复到初始状态，执行器同样回复到弯曲状态，撤掉还原电压后仍保持弯曲状态。执行器的弯曲曲率变化与活性材料的氧化层厚度成比例关系，根据该原理，可以通过控制施加电压控制执行器的弯曲曲率，即运动特性。

随后刘教授介绍了该电控微纳执行器的实际应用，一个主要的应用领域为作为人工纤毛进行流体操控，将执行器嵌入微流体环境中，通过施加电信号控制可以改变其形状，从而影响周围的流体动力学，调整人工纤毛的形态可以产生流体流动的效果，实现流场的产生、管道操纵等，用于微流体系统具有重要的应用价值。另一个重要的应用是作为微型机械臂，在程序控制下，可以实现微型工件的装配和微小结构的制造，还可以用于纳米尺度上的制造和完成，推动纳米科技的发展，拓展微加工领域的应用等；其作为微型机械臂的应用前景涵盖了高效医学、制造业、环境监测、科学研究等多个领域，有望为这些领域带来更精确、更创新的解决方案。

最后，刘教授对电控微纳机器人的介绍进行了概括，并欢迎感兴趣的与会同学加入到研究中来。与会同学就刘教授的分享提出了一些专业性的问题，刘老师也为大家进行了解答。

本次讲座通过主讲人对电控微纳机器人的研究介绍讲解，为同学们展示了该领域值得期待的未来。最后，在同学们热烈的掌声中，本次ME论坛圆满落下帷幕。