微观机器人，磁场远程驱动，使用毛细力将亚麻颗粒与位置

以4倍速度示出，花形微管池接近塑料珠，使用毛细管粘附到其一个花瓣中，然后通过旋转到位，在所需位置释放它们。

在显微尺度，拣选，放置，收集和安​​排对象处是一种持久的挑战。纳米技术的进步意味着我们希望在这些大小上建立更复杂的东西，但缺乏移动组件部件的工具。

现在，宾夕法尼亚州工程学院大学的新研究表明，磁场远程驱动的微观机器人的简单，可以使用毛细力来操纵漂浮在油水界面上的物体。

该系统在2020年1月28日在杂志的应用物理信函中发表的一项研究中展示。

该研究由Kathleen Stebe，Richeren＆Elizabeth Goodwin教授在Penn Engineering的化学和生物分子工程系中，天翼姚明，她的实验室中的研究生。尼古拉斯Chisholm，Stebe实验室的博士后研究员和宾夕法尼亚州工程掌握实验室的研究科学家和Edward Sterejirs致力于研究。

以4倍速度显示，“花”形微机器人接近塑料珠，使用毛细管粘附到其一个花瓣中，然后通过旋转到位，在所需位置释放它们。

Penn团队的研究中的微机器人是薄片的磁铁切片，直径约为三分之一的毫米。尽管没有自己的移动部件或传感器，但研究人员因其挑选的能力而引用了他们作为机器人，这是甚至比它们更小的任意物体。

这种能力是专业环境的函数，其中这些微机器人工作：在两个液体之间的界面处。在这项研究中，界面是水和十六烷的，一种普通油。在那里，机器人使该界面的形状变形，基本上围绕着毛细相互作用的无形“力场”。

将来自树根的毛细管与其叶子的根部相同的毛细力用于将塑料微粒绘制与机器人接触，或者已经粘在其边缘上的其他颗粒。

“我们之前使用这些毛细管部队以前组装了东西，但现在机器人和颗粒的直径小于较小的数量级，”Stebe说。“当你向下移动到微米尺度时，这意味着不同类型的物理控制扭曲。收集和组织跨越几十个微米的物体是相当成就，而不是我们将能够用手做的事情。“

该研究证明了治疗这些微机器人与塑料颗粒之间的相互作用的物理学，它们被任务操纵。

“过去，”Stebe说：“我们抓住了静态物体并在它们周围制造扭曲，然后显示了粒子如何被那些扭曲的”高曲率“区域被吸引。现在，而不是静态对象，我们有一个用作移动失真源的磁铁。“

颗粒被强烈地吸引到方形机器人的角落。绿色轮廓显示粒子作为机器人方法的轨迹。

“这使事情变得更加复杂，”Chisholm说。“当机器人向粒子移动时，它会产生一个将颗粒推开的流场，因此现在存在流体动力学排斥和毛细管吸引力相互作用。粒子遵循最小能量，这可能意味着上坡。“

通过方形机器人，研究人员看到，一旦他们在变形的嵴上得到粒子，它们就会被角落强烈吸引。这是一个潜在的有用财产，因为机器人可以从广泛的角度和方向接近它们的目标，并且在可预测的位置仍然仍然在粒子上结束。

“我们已经表明，当您更改机器人形状时，更改交互的类型和强度，”Stebe说。“锋利的角落抓住像死亡一样的颗粒，但是当我们软化角落时，我们可以让机器人旋转以释放它们。”

除了一个柔软的广场之外，研究人员还通过圆形机器人进行实验，以及花形。所有这些都是通过纺纱能够精确地释放其货物的额外优势，并且花形机器人的“花瓣”提供最精确的控制货物颗粒的位置。

最后，该团队展示了一个扩展坞。由静态的波状塑料组成，对接站是上面的一部分，部分界面下方。这种布置提供了一种非常可预测的扭曲，其中材料交叉界面。

圆形微机器人沉积在“扩展坞”的塑料珠子。

“我们可以在周围移动这些机器人并收集物品，”STEAGER说，“在一次一个时间拿起碎片并将它们停靠在我们想要的地方来建立真正复杂的材料。”

因为机器人和粒子之间的相互作用与所做的材料无关，所以可以使用各种应用。

“我们在本研究中操纵的颗粒是关于人类细胞或更小的平均大小，”姚明说，“因此这种系统可能在单细胞生物学领域具有磁性微机器人的应用通过实验的不同阶段移动inpidual细胞。“

“这些粒子也可以是传感器系统的一部分，”他说。“如果接口上有机器人和传感器颗粒，则可以收集那些颗粒并将整个组件朝向瞄准区域携带，具有极佳的空间控制。在这种情况下，需要非常低的传感器颗粒浓度，并且在测试后可以容易地缩回。“

未来的工作将涉及开发一个更大的微机器人形状和行为，用于操纵环境中的物体，以及更强大的感应和控制系统，可以为机器人提供更大程度的自主。

参考：“通过毛细管的流体界面定向和微操纵通过毛细管的流体界面，”天之耀“，尼古拉斯G. Chisholm，Edward B.稳定和凯瑟琳J. Stebe，1月2020日，应用物理信件。 DOI：
10.1063/1.5130635

该研究得到了国家科学基金会通过拨款DMR-1607878得到支持。