由磁场远程驱动的微型机器人利用毛细力将粒子引导到指定位置

时间:2020-04-16 17:43 来源:seo 作者:小可爱科技知识网 点击量:

由磁场远程驱动的微型机器人利用毛细力将粒子引导到指定位置

在微观尺度上,挑选、放置、收集和安排对象是一个持久的挑战。纳米技术的进步意味着,我们想要以这种尺寸制造出比以往任何时候都更复杂的东西,但移动其组成部分的工具却很缺乏。

现在,宾夕法尼亚大学工程与应用科学学院的一项新研究表明,简单的微型机器人在磁场的远程驱动下,可以利用毛细管力来操纵浮在油水界面上的物体。

该系统于2020年1月28日发表在《应用物理快报》上。

这项研究由rich & Kathleen Stebe领导。宾夕法尼亚大学工程学院化学与生物分子工程系的伊丽莎白·古德温教授,以及她实验室的研究生姚天怡。宾夕法尼亚大学工程学院实验室的博士后研究员尼古拉斯·奇泽姆和宾夕法尼亚大学工程学院研究生实验室的研究科学家爱德华·斯泰格对这项研究做出了贡献。

以4倍的速度显示,这是一款鲜花。成形的微型机器人接近塑料珠子,利用毛细管力将它们粘在它的一个花瓣上,然后通过原地旋转将它们释放到需要的位置。

宾夕法尼亚大学研究小组研究的微型机器人是薄薄的磁铁片,直径约为三分之一毫米。尽管它们本身没有活动部件或传感器,但研究人员称它们为机器人,因为它们能够挑选和放置比它们更小的任何物体。

这种能力是这些微型机器人工作的特殊环境的一个功能:在两种液体之间的界面。在本研究中,界面是水和十六烷,一种常见的油。一旦到达那里,机器人就会改变那个接口的形状,基本上就是把自己包围在一个看不见的力场中。毛细管的交互。

同样的毛细力将水从树根吸到树叶上,同样的毛细力也被用来吸引塑料微粒与机器人接触,或者其他已经附着在机器人边缘的微粒。

以前我们曾用这些毛细管力来组装东西,但现在机器人和粒子都轻多了,直径也小了几个数量级。Stebe说。当你移到微米尺度时,它意味着一种不同的物理学支配着扭曲。收集和整理直径只有几十微米的物体是一项了不起的成就,而这是我们无法用手工完成的。

这项研究展示了控制这些微型机器人和它们被操控的塑料粒子之间相互作用的物理学原理。

“;在过去,”;斯泰布说:“我们把静止的物体绕着它们进行变形,然后展示粒子是如何被高曲率的物体吸引的。”这些扭曲的区域。现在,我们用一块磁铁代替了静态物体,它可以作为移动畸变源。

由磁场远程驱动的微型机器人利用毛细力将粒子引导到指定位置

这使得事情变得更加复杂。“运动辣妹”说。当机器人向粒子移动时,它会产生一个流场,把粒子推开,所以现在就有了流体力学的斥力和毛细管引力的相互作用。粒子遵循能量最小值,这可能意味着它们向上运动。

通过一个方形机器人,研究人员发现,一旦他们把粒子放在变形的顶部,它们就会被强烈地吸引到角落里。这是一个潜在的有用的属性,因为机器人可以从一个广泛的角度和方向接近他们的目标,但最终仍与粒子在一个可预测的位置。

我们已经证明,当你改变机器人的形状时,你也改变了交互作用的类型和强度。Stebe说。锋利的棱角像死神一样牢牢抓住粒子,但是当我们软化棱角时,我们可以让机器人旋转来释放它们。

除了一个软角落的正方形,研究人员还用一个圆形机器人和一个花形机器人做了实验。所有这些机器人都有一个额外的优势,那就是可以通过原地旋转来精确地释放货物。对货物颗粒的位置提供最精确的控制。

最后,团队展示了一个对接站。由一块静态的波浪塑料组成,对接站部分在接口上方,部分在接口下方。这种安排提供了一套非常可预测的扭曲,材料穿过界面。

一个圆形微型机器人在一个对接处堆起一颗塑料珠。

我们可以移动这些机器人来收集东西。斯泰格说,“通过一次只拣起一块碎片,然后把它们放在我们想要的地方,就能建立起非常复杂的材料。”

由于机器人和粒子之间的相互作用与它们所构成的材料无关,因此有可能得到广泛的应用。

在这项研究中,我们操纵的粒子大约是人类细胞的平均大小,或者更小。姚说:“因此,这种系统可能在单细胞生物学领域有应用前景,因为磁性微型机器人可以在实验的不同阶段移动单个细胞。

这些粒子也可以成为传感器系统的一部分。他说。如果你有一个机器人和传感器粒子在一个界面上,你可以收集这些粒子,并把整个装配带向目标区域,以极其精确的空间控制。在这种情况下,需要一个非常低浓度的传感器粒子,它们在测试后很容易被收回。

未来的工作将包括开发一个更大的微型机器人形状和行为库,用于在其环境中操纵物体,以及更健壮的传感和控制系统,这将允许机器人更大程度的自主。

参考文献:利用磁性微机器人的特点,通过毛细作用在流体界面上定向装配和微操作无源粒子;姚天一,尼古拉斯·g·奇泽姆,爱德华·b·斯泰格和凯瑟琳·j·斯泰博,2020年1月28日,《应用物理快报》。

DOI: 10.1063/1.5130635

该研究由国家科学基金会通过拨款DMR-1607878支持。

当前位置:主页 > 技术知识 >

声明:本文小可爱科技知识网整理不代表个人观点,转载请注明原文,点击还能查看更多的文章;本文网址: http://www.kozbods.com/jishu/1206.html

围观: 次 | 责任编辑:小可爱科技知识网



回到顶部