新型微型機器人集群利用漩渦提起自身4.5萬倍重量的物體

研究表明，磁性微型機器人集群能夠通過產(chǎn)生強大的流體力，操縱遠大于自身的物體。

研究人員已經(jīng)能夠指揮磁性微型機器人集群，在不進行任何物理接觸的情況下，操縱、旋轉(zhuǎn)并組裝物體。
這項研究由馬克斯·普朗克智能系統(tǒng)研究所、密歇根大學和康奈爾大學的研究人員領(lǐng)導完成。

這些直徑300微米的機器人并非依靠物理接觸，而是利用流體扭矩——在周圍液體中產(chǎn)生受控的漩渦——來對更大的物體施加力。

通過使用磁場，這些機器人集群能夠產(chǎn)生受控的液流，從而在不進行物理接觸的情況下，旋轉(zhuǎn)齒輪、組裝結(jié)構(gòu)并運輸材料。

這些發(fā)現(xiàn)可能會為微制造和醫(yī)學領(lǐng)域帶來重大進展，在這些領(lǐng)域中，處理脆弱部件至關(guān)重要。

"流體動力拖曳一直是實現(xiàn)微型機器人集群多樣化行為的重要機制，但在這里，我們利用這些相同的流體介導相互作用來遠程控制物體，"該研究的作者之一、來自密歇根大學的史蒂文·塞隆解釋道。

利用流體扭矩

每個微型機器人的寬度僅為300微米——大約相當于一粒鹽的大小。當暴露在外部磁場中時，這些微小的圓柱體開始旋轉(zhuǎn)。當它們旋轉(zhuǎn)時，會在周圍的液體中產(chǎn)生微小的漩渦。

當這些機器人聚集在一起形成"集群"時，它們各自產(chǎn)生的液流會合并成一種被稱為"流體扭矩"的強大力量。

"流體扭矩提供了一種全新的方式來操縱僅幾毫米大小的精密物體，"該研究的主要作者之一、馬克斯·普朗克智能系統(tǒng)研究所物理智能系的博士后研究員高拉夫·加爾迪表示。

這種集群不依賴于直接的物理推或拉，而是利用流體力來執(zhí)行微米級的高精度機械任務(wù)。

根據(jù)這項研究，這種"非接觸"機制使得微型機器人能夠利用流體運動來旋轉(zhuǎn)齒輪、運輸結(jié)構(gòu)以及組裝比它們自身大許多倍的復雜結(jié)構(gòu)。

研究人員只需調(diào)整機器人的數(shù)量、它們的旋轉(zhuǎn)速度或它們的空間排列，就能改變物體旋轉(zhuǎn)的方向和速度。

在醫(yī)學領(lǐng)域的應(yīng)用

在一項實驗中，該集群成功旋轉(zhuǎn)了一個重量超過單個機器人質(zhì)量45000倍的3D物體。

"這令人無比興奮，因為它開辟了一條在小尺度上進行遠程操控的新途徑，我們可以利用微型機器人周圍的環(huán)境來為我們所用，"塞隆在新聞稿中補充道。

除了簡單的操縱之外，這些微型機器人集群還表現(xiàn)出適應(yīng)性集體行為，可以在原地旋轉(zhuǎn)和沿表面"爬行"之間切換。

這些涌現(xiàn)出的模式使得集群能夠根據(jù)特定任務(wù)或環(huán)境，自主地重新組織和調(diào)整其策略。

有趣的是，未來的技術(shù)或許能夠自主組裝微型電子產(chǎn)品，或者在人體內(nèi)導航以運輸生物樣本并執(zhí)行非侵入性的醫(yī)療程序。

在不久的將來，這些微型機器人集群可以通過在血液中導航來清除動脈堵塞，或在體內(nèi)直接組裝醫(yī)療植入物，從而為內(nèi)科醫(yī)學提供幫助。

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該研究發(fā)表在《科學進展》期刊上。

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