宾夕法尼亚大学 以4倍的速度显示，一个花状微型机器人靠近塑料珠子，利用毛细作用力将它们粘在花瓣上，然后通过原地旋转将它们释放到所需的位置
学分:宾夕法尼亚工程学院 在微观尺度上，挑选、放置、收集和排列物体是一项持久的挑战
纳米技术的进步意味着我们希望以这样的尺寸制造出越来越复杂的东西，但是缺少移动其组成部分的工具
工程和应用科学学院的新研究表明，由磁场远程驱动的简单微型机器人可以利用毛细管力操纵漂浮在油水界面上的物体
发表在《应用物理快报》杂志上的一项研究证明了这一系统
这项研究是由宾夕法尼亚大学工程学院化学和生物分子工程系的凯瑟琳·斯特贝、李奇和伊丽莎白·古德温教授以及她的实验室的研究生姚天逸领导的
尼古拉斯·齐索姆是斯特贝实验室的博士后研究员，爱德华·斯蒂格是宾大工程公司GRASP实验室的研究科学家
佩恩团队研究中的微型机器人是磁铁薄片，直径约为三分之一毫米
尽管没有自己的移动部件或传感器，研究人员称它们为机器人，因为它们能够拾取和放置比它们更小的任意物体
这种能力是这些微型机器人工作的特殊环境的功能:在两种液体的界面上
在这项研究中，界面是水和十六烷，一种常见的油
一旦到达那里，机器人就会改变界面的形状，本质上是用一个看不见的毛细管相互作用的“力场”包围自己
将水从树根抽到树叶上的毛细作用力在这里被用来吸引塑料微粒与机器人接触，或者其他已经粘在它边缘的微粒
一个圆形微型机器人在一个“停靠站”放置一个塑料珠子
“学分:宾夕法尼亚大学 “我们以前用这些毛细管力来组装东西，但是现在机器人和粒子要轻得多，直径小几个数量级，”斯特贝说
“当你向下移动到微米级时，这意味着一种不同的物理学控制了扭曲
收集和组织几十微米宽的物体是一项了不起的成就，这不是我们能够手工完成的
" 这项研究展示了控制这些微型机器人和它们负责操纵的塑料粒子之间相互作用的物理学
“过去，”斯特贝说，“我们拍摄静态物体并在它们周围制造扭曲，然后展示粒子如何被这些扭曲的‘高曲率’区域吸引
现在，我们有一个磁铁代替静态物体，作为移动的失真源
" “这让事情变得更加复杂，”齐索姆说
“当机器人向粒子移动时，它会产生一个流场，将粒子推开，因此现在存在流体动力排斥和毛细管吸引的相互作用
粒子遵循能量最小值，这可能意味着向上移动
" 通过一个方形机器人，研究人员发现，一旦粒子越过变形的顶点，它们就会被强烈吸引到角落
这是一个潜在的有用特性，因为机器人可以从很宽的角度和方向接近它们的目标，并且最终粒子仍然在可预测的位置
“我们已经表明，当你改变机器人的形状时，你就改变了互动的类型和强度，”斯特贝说
“尖角像死神一样抓住粒子，但当我们软化尖角时，我们可以给机器人一个旋转来释放它们
" 粒子被强烈吸引到方形机器人的角落
绿色轮廓显示了机器人靠近时粒子的轨迹
学分:宾夕法尼亚大学 除了一个软角正方形，研究人员还试验了一个圆形机器人和一个花形机器人
所有的机器人都有一个额外的优势，那就是能够通过原地旋转来精确释放货物，花形机器人的“花瓣”为货物粒子的位置提供了最精确的控制
最后，团队展示了一个坞站
坞站由一块静态波浪形塑料组成，一部分位于接口上方，一部分位于接口下方
这种布置在材料穿过界面的地方提供了一组非常可预测的变形
“我们可以移动这些机器人并收集东西，”斯蒂格说，“通过一次拾取一个碎片并将它们停靠在我们想要的地方来构建真正复杂的材料。”
" 因为机器人和粒子之间的相互作用与制造它们的材料无关，所以广泛的应用是可能的
“我们在这项研究中操作的粒子大约是一个人类细胞的平均大小或更小，”姚说，“所以这种系统可能在单细胞生物学领域有应用，磁性微型机器人在实验的不同阶段移动单个细胞。”
" “这些粒子也可能是传感器系统的一部分，”他说
“如果你在一个界面上有一个机器人和传感器粒子，你可以收集这些粒子，并通过极其精细的空间控制将整个组件带到目标区域
在这种情况下，需要非常低浓度的传感器颗粒，并且它们可以在测试后容易地收回
" 未来的工作将包括开发一个更大的微型机器人形状和行为库，用于操纵环境中的物体，以及更鲁棒的传感和控制系统，使机器人具有更大程度的自主性
来源：由phyica.com整理转载自PH，转载请保留出处和链接！
