作者:埃里卡·克
宾夕法尼亚大学布罗克梅尔 一个示意图显示了微时钟的结构，它是3D打印的，包含一个捕获的气泡(左上角)，以及它们在扫描电子显微镜下的样子(右上角)
底部显示了声学流体腔室，在该腔室中可以三维驱动它们
信用:人 托马斯·马洛克实验室的一项新研究表明，由声波和机载气泡发动机驱动的微型“火箭”如何使用磁铁驱动细胞和粒子的三维景观
这项研究是由宾夕法尼亚大学和圣地亚哥大学、深圳哈工大以及宾夕法尼亚州立大学的研究人员合作进行的，这项研究最初发表在《科学进展》杂志上
微型火箭的起源故事始于一个基本的科学问题:科学家能否设计出使用化学物质作为燃料穿越人体的纳米和微米级船只？马洛克和其他人15年的研究表明，简短的答案是“是”，但是研究人员在生物医学应用中使用这些容器面临着巨大的障碍，因为它们用作燃料的化学物质，如过氧化氢，是有毒的
一个“偶然”的发现导致马洛克和他的团队专注于使用一种完全不同类型的燃料:声波
当试图用声悬浮来移动他们的火箭时，该小组惊讶地发现超声波使机器人以非常快的速度移动。声悬浮是一种用高频声波将粒子从显微镜载玻片上提起的过程
马洛克和他的团队决定进一步研究这一现象，看看他们能否利用高频声波为他们的小血管提供能量
该小组的最新论文详细介绍了微型火箭的设计，类似于一个长10微米、宽5微米的圆底杯，大约相当于一粒灰尘的大小
圆形的杯子是用激光平版印刷术三维印刷的，外层是金，内层是镍和聚合物
在黄金被铸造后，用疏水性化学物质进行处理，会形成一个气泡，并被困在火箭的空腔内
在超声波存在的情况下，火箭内部的气泡被水-空气界面上的高频振荡所激发，这将气泡变成一个机载马达
然后，可以利用外部磁场来操纵火箭
每个单独的火箭都有自己的共振频率，这意味着舰队的每个成员都可以独立于其他成员进行驾驶
微型火箭也非常熟练，能够在微型楼梯上行驶，并在特殊鳍的帮助下在三维空间自由游泳
这种火箭最独特的特征之一是，即使在拥挤的环境中，它们也能以极高的精度移动其他粒子和细胞
机器人船可以将粒子推向所需的方向，也可以使用“牵引光束”的方法来吸引物体
马洛克说，在不干扰环境的情况下推动物体的能力“在更大的范围内是不可用的”，并补充说，大型船只使用的牵引波束方法在精确移动方面没有那么好
“在这个长度范围内，你可以做很多控制，”他补充道
在这个特定的尺寸下，火箭足够大，不会受到布朗运动的影响，布朗运动是纳米尺寸范围内的粒子所经历的随机和不稳定的运动，但足够小，可以移动物体，而不会干扰它们周围的环境
“在这个特定的长度范围内，我们正好处在能量足以影响其他粒子的交叉点上，”马洛克说
通过增加或减少研究人员为火箭提供的声学“燃料”的数量，他们还可以控制小型船只的速度
“如果我想让它慢下来，我可以把电源关小，如果我想让它走得很快，我可以把电源打开，”杰夫·麦克尼尔解释说，他是一名从事纳米和微米级电机项目的研究生
“这是一个非常有用的工具
" 马洛克和他的实验室已经在探索一些可能的进一步研究领域，包括用光驱动火箭的方法，以及制造更小的火箭，使其更快、更强
未来与宾夕法尼亚大学的工程师和机器人专家的合作，包括丹·哈默、马克·米斯金、维贾伊·库马尔、詹姆斯·皮库尔和凯瑟琳·斯特贝，可能有助于使火箭变得“智能”，允许它们为飞船配备计算机芯片和传感器，以赋予它们自主性和智能
当该小组考虑到微型火箭从医学成像到纳米机器人的广泛医疗潜力时，马洛克说，“我们希望有可控的机器人，能够在体内完成任务:输送药物、转子根动脉、诊断性窥探
"
来源：由phyica.com整理转载自PH，转载请保留出处和链接！
