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。
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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。
將敏感的藥物有效載荷運輸?shù)教囟ㄆ鞴俚哪芰Γ軌虼_保靶向治療,同時保護周圍的健康細胞免受損傷。
該研究發(fā)表在《科學進展》期刊上。
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