基于可变形材料的微型机器人自主导航

时间:2019-12-19 00:34 来源:seo 作者:杏鑫 点击量:

基于可变形材料的微型机器人自主导航这是通过变形的自主导航机制的示意图。资料来源:Yong Dou/Columbia Engineering

大多数合成材料,包括电池电极、聚合物膜和催化剂,会随着时间的推移而降解,因为它们没有内部修复机制。如果你能在这些材料中分布自主的微型机器人,那么你就能利用微型机器人从内部不断地进行修理。化学工程副教授Kyle Bishop实验室的一项新研究提出了一种微型机器人的策略,这种机器人可以感知材料缺陷的症状,并自动导航到缺陷位置,在那里可以执行纠正措施。这项研究发表在2019年12月2日的《物理评论研究》上。

游动的细菌通过整合化学传感器和分子马达来寻找营养浓度高的区域,就像一辆自动驾驶汽车,利用来自摄像头和其他传感器的信息来选择合适的行动来到达目的地。研究人员试图通过使用由化学燃料或其他能量输入驱动的小颗粒来模拟这些行为。虽然环境的空间变化(例如燃料浓度)可以对粒子进行物理定向,从而指导其运动,但这种导航有局限性。

基于可变形材料的微型机器人自主导航这是在噪声和复杂环境下的模拟导航轨迹。资料来源:Yong Dou/Columbia Engineering

现有的自推进粒子更像是一列由缠绕的铁轨机械操纵的失控列车,而不是一辆由感觉信息自主引导的自动驾驶汽车。主教说。我们想知道是否可以设计出带有材料传感器和执行器的微型机器人,这些传感器和执行器可以像细菌一样移动。

毕晓普的团队正在开发一种基于可变形材料的微型机器人自主导航编码的新方法。环境的局部特征,如温度或pH值,决定了粒子的三维形状,进而影响其自推进运动。通过控制粒子的形状和它对环境变化的反应,研究人员模拟了微机器人是如何被设计成在刺激梯度上或下游动的,即使是那些太弱而不能被粒子直接感知的梯度。

“我们首次展示了如何将响应性材料应用于微型机器人的机载计算机,这些微型机器人比人类头发的厚度还小,可以通过编程自动导航。”该研究的作者之一、毕晓普实验室的博士生Yong Dou说:“这种微型机器人可以执行更复杂的任务,比如分布式感知材料缺陷、自动运送治疗物资,以及按需修复材料、细胞或组织。”

毕晓普的团队目前正在进行实验,用液晶弹性体和形状记忆合金等可变形材料,在实践中演示他们针对微型机器人的理论导航策略。他们希望通过实验证明,能够响应刺激、改变形状的微粒子可以利用传感和运动之间的工程反馈来自主导航。

###

参考文献:《变形小游泳者的自主导航》by Yong Dou和Kyle J. M. Bishop, 2019年12月2日,《物理评论研究》。

DOI: 10.1103 / PhysRevResearch.1.032030

这项工作得到了生物启发能源科学中心的支持,这是一个由美国能源部、科学办公室、基础能源科学资助的能源前沿研究中心,获得了DE-SC0000989奖。

当前位置:主页 > 技术知识 >

声明:本文杏鑫娱乐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/jykbxcldwxjqrzzdh.html

围观: 次 | 责任编辑:杏鑫

延伸阅读

SEO关键字



回到顶部