力学与几何学：

从弹性昆虫机器人到生物混合软机器人

陈资博士

助理教授

哈佛医学院

布莱根妇女医院

摘要：

机械力在自然和合成系统中塑造多种形态（尤其是手性和多稳态结构）方面发挥着关键作用， 对仿生和受生物启发的机器人的设计具有启发作用。鲁棒性、可变形性、易操作性和易于制造是软体机器人在面对各种工作环境和复杂地形时最理想的特性。因此，我们设计、制作并测试了基于聚合物薄膜的柔性机器人原型，这些机器人利用机械不稳定性以及静电力实现运动。最早的静电制动器由一根可在电压作用下形变高达自身高度68%的弯曲梁构成。  然后，通过融合折纸机构元素，我们设计出一种厘米级的昆虫机器人，它表现出极好的灵活性、适应性和可操作性。例如，该昆虫机器人被完全粉碎后仍然能恢复其运动能力，在各种地形、斜坡和狭窄空间中行走，克服障碍、实现转弯，甚至向后运动。此外，受游泳生物的启发，我们开发了一种组织工程的可重构机器人，可以通过远程控制它采用不同的机械结构来切换运动功能。该机器人的驱动力来自于肌肉尾鳍，它模仿鲸鱼的游泳动作，并充当细胞引擎，由心脏横纹微组织结构的同步收缩提供动力。 可变形机器人具有前所未有的可控性和响应能力，可用作载货机器人，按程序运送化疗药物，以选择性地消灭癌细胞。可变形概念的实现为智能生物混合机器人系统的潜在发展铺平了一条有希望的道路。

个人简介：

陈资博士是布莱根妇女医院和哈佛医学院的助理教授。陈博士在上海交通大学获得材料科学与工程学士和硕士学位，在普林斯顿大学获得机械与航空航天工程博士学位。在加入布莱根妇女医院之前，陈博士于 2015 年至 2021 年在达特茅斯学院担任助理教授。在加入达特茅斯之前，他是圣路易斯华盛顿大学生物医学工程系的博士后研究员。此外，他还是哈佛大学 Weitz 实验室的客座科学家。

陈博士的研究兴趣涵盖软体机器人、材料与结构的机械不稳定性、多稳态结构、能量收集装置、仿生材料/装置、形态发生力学以及癌细胞生物力学等广泛主题。陈博士的研究得到了美国国立卫生研究院、美国国家科学基金会、美国海军研究局、美国科学学会和美国力学学会的支持。他在 Advanced Materials、Materials Today、PRL、Advanced Functional Materials、Small、EML、APL 等顶级期刊上发表了约 100 篇同行评议论文，其中许多论文登上了期刊封面并成为媒体报道的重点内容。陈博士拥有六项专利，并获得了美国科学学会 - Branco Weiss 奖学金、美国力学学会创始人奖和国际先进材料协会 (IAAM) 创新奖。