中大製水凝膠彈射器 體內採樣將更方便
香港文匯報訊（記者 高鈺）像昆蟲般大的微型機械人，能夠在細小的空間內做到傳統大型儀器難以執行的任務，例如進入人體採樣，但體型又令其可承載的能源與組件非常有限，因此需要新技術以積累並瞬間釋放能量，以實現大功率輸出。香港中文大學工程學院機械與自動化工程學系教授張立的團隊，受植物「噴瓜（squirting cucumber）」啟發，開創了破裂誘導的功率放大機制（ASEF），更藉此發明了光驅動水凝膠彈射器，加速度達地球重力的2,500倍，性能遠超現存的常規微型工程機械系統，有望開拓微型機械人的應用範疇。
受植物「噴瓜」啟發
噴瓜的果肉在生長期間會轉變成黏液，膨脹使果壁受力拉伸，內部壓力不斷積累到臨界點時，果實頂部會破裂並將種子噴射到遠處。
中大團隊受到此種子傳播模式啟發，在浙江大學及美國卡內基梅隆大學團隊給予理論與方法學建議的協助下，開創了破裂誘導的功率放大運動機制，並藉此研發了光驅動水凝膠彈射器。它由高韌度和彈力的水凝膠製成，內部嵌入可進行光熱轉換的石墨烯。
當彈射器受到近紅外線照射時，石墨烯迅速加熱，使水凝膠的水分氣化，以致彈射器的體積不斷膨脹、變形，產生大量的應變能。當能量積累至極限時，會撐破彈射器底部，並將累積的能量於0.3毫秒內瞬間轉化為動能釋放。
採用這種新技術，一個直徑僅7毫米、厚3毫米，如鈕扣型電池般大小的水凝膠彈射器，起步速度可達至時速約27公里，加速度達每平方秒25,000米（m/s2），即重力加速度的2,500倍，而垂直發射距離可接近兩米。
張立以射箭為例說明：當手指拉開弓弦時會逐漸累積能量，一鬆手便瞬間釋放大量能量。這在設計上不涉及複雜結構，製造過程簡單，對物料要求不高，成本相宜。由於彈射器使用後底部會破裂，只能用一次，團隊正嘗試改用可「自癒」的水凝膠物料製作，使其可重複使用。
新技術有望取代現有微型機械人內的驅動部件，使微型機械人在人體內執行支架運載、腸道採樣及切除組織等任務；在農業範疇，光驅動水凝膠發射器讓機械人攜帶種子及RFID彈射至遠處，配合在農地設置的RFID讀取設備實現定時供水，及自動播種功能；也可能應用於月球或外太空探測。
是次研究結果已發表於《Nature Materials》。
