作者:Thamarasee Jeewandara，Phys
（同organic）有机 微型机器人辅助高精度湿式转移的设置
(一)通过外部磁体磁控微型机器人以对准目标衬底上的浮动2D器件(例如
g
光纤和3D微型器件)
(二)微型机器人结构的视图，其中被捕获在弹性体基质中的铁线用于存储优选的磁化方向
(三)最终组装的器件，其功能模式与5米和0米对齐
4精度
学分:科学机器人学，doi: 10
1126/scirobotics
aax8336 微创外科手术越来越多地用于靶向小病灶，并且对小型化医疗工具的需求越来越大
其中包括微型导管、铰接式微型镊子或镊子，用于在精密手术过程中进行感知和驱动
化学和物理传感器的精确集成和功能化仍然是一个主要挑战
在一项关于科学机器人的新研究中，中国医疗机器人研究所的安托万·巴伯和他的同事以及伦敦的哈姆林机器人手术中心开发了一种新型的微型计算机机器人平台，用于功能化140到830微米的纤维
然后，他们使用湿法转移工艺将2mm×3mm和200 m厚的微探针对准光纤上的浮动电子电路
科学家们使用永磁体控制微型机器人在空气-水界面的位置和方向
利用磁铁的非均匀磁场，他们控制了两个微型机器人之间的精确距离，并通过浮动电子图案促进了“抓取和释放”的动作
Barbot等人
提出了这种控制过程的模型，包括通过表面张力的微型机器人的相互作用进行详细的性能验证
他们在直径200米的光纤和三维设备上演示了各种示例传感器实施例
临床上对改进医疗监测和诊断的重视已经将外科手术的未来引向精确干预
最近在纤维上引入机器人工具来形成纤维机器人，使得研究人员能够在一根纤维中结合成像、传感和显微操作
复杂的微夹钳可以通过双光子聚合直接在光纤尖端制造
研究人员可以使用液压连杆建立微驱动，利用微毛细管功能将该装置用于靶向药物输送和聚焦能量，如激光消融
光纤是开发柔性微工具的通用基底
它们的表面提供了一个理想的位置，沿其长度包括多个传感器
顶部:具有不同优选磁化方向的浮动微型机器人:制造和控制原理
(一)微型机器人的制造
用环形磁铁在材料中设定不同的磁化方向
(二)本研究采用的夹紧机构
微型机器人根据磁体的垂直位置一起或分开移动，允许有效地夹紧要转移的图案，然后进行旋转和方向控制
底部:PDMS矩阵内部的铁线方向
聚合物/铁混合物的显微计算机断层扫描重建
在聚合物固化过程中，磁力线与磁场方向对齐
(二)铁线方向与位置
磁力线的方向遵循固化磁场的方向
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aax8336 然而，将微电子技术直接图案化到用于临床应用的小的、弯曲的物体上是具有挑战性的，因为现有的微制造工艺主要是为平坦的基底定制的
迄今为止，研究人员使用了两种主要的转移方法；包括干转移和湿转移技术
由于没有湿蚀刻剂和流体扰动，与湿转移相比，干转移通常提供更好的清洁度和更高的精度
外科手术中可能出现的湿转移技术受到精确定位和舀取浮动装置的困难的限制
这是由于缺乏精确的工具或机器人平台来实现精确的实用方法
因此，微型机器人可以解决手动湿转移方法面临的一些主要问题
在目前的工作中，巴伯等人
建议在空气/水界面使用可移动的微型机器人来精确控制湿转移过程中的图案移动
为了便于简单和精确的控制，科学家们提议开发一对微型机器人来掌握漂浮模式
他们利用单个永磁体产生的磁场来调节机器人组成材料的磁化方向，从而实现了这一点
Barbot等人
利用微型机器人和磁场之间的相互作用，将微型机器人对定位在空气/水界面的两个不同位置，并形成一个夹持器
基于微型机器人的模式抓取和操作
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aax8336 研究人员通过控制设备和磁铁之间的距离来控制两个微型机器人之间的距离
他们用合成橡胶和聚甲基硅氧烷(PDMS)与铁粉混合制造了这种装置
对于给定的实验，Barbot等人
磁化每个微型机器人，使其对给定的磁场做出类似的反应
科学家们在弱磁场的影响下，用200米厚的PDMS和铁的混合物将铁线组装成PDMS矩阵
他们对PDMS进行了热固化，以保持铁线结构不变，并使用x光显微照相术评估了产品的方向
科学家们利用铁/PDMS层的不同部分开发了成对的具有定制磁化方向的微型机器人，以形成厚度为200米、尺寸为2毫米×3毫米的矩形机器人
他们给微型机器人添加了小的齿状结构，以限制抓取过程中图案的移动
研究小组观察了不同微型机器人对的位置，以及它们各自对磁铁不同垂直位置的反应，从而获得了微型机器人对的两种运动模式，这取决于它们的磁化与水平面之间的角度(α)
左:微型机器人对的磁控
受磁铁垂直位置影响的微型机器人对的不同平衡位置
左:实验结果
右图:使用磁场有限元建模获得的仿真结果
(二)显示微型机器人对操纵漂浮图案的光学图像
右图:利用微型机器人辅助的湿式转移制作纤维图案
(一)转移池的侧视图，其中微型机器人对保持待转移的图案
(二)利用微机器人辅助湿法转移在光纤上制作金微器件图案的制作流程
(三)从显微镜观察，浮动图案(网格结构)转移到直径200米的光纤上
(四)扫描电子显微镜(SEM)(Tescan SEM/FIB LYLA3 XM)图像的两个连续的转移位置标记，用于评估拟议系统可实现的转移精度
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aax8336 Barbot等人
设计了微型机器人，允许磁铁的高度来控制两个机器人之间的距离，并调节微型机器人夹子的打开和关闭
科学家将实验结果与模拟结果进行比较，以了解微型机器人之间的相互作用
他们观察了四个自由度来控制微型机器人对
这些包括湿转移过程中的抓取(一个自由度)、定位(两个自由度)和定向(一个自由度)
科学家们使用这四个可控输入操纵漂浮模式
他们将铁/PDMS混合物的磁化特性描述为一致的微型机器人设计的一般指南
在实验过程中，研究小组首先放下磁铁，将微型机器人分开，并围绕目标模式定位
然后，他们升起磁铁，以关闭微型机器人之间的间隙，并抓住图案，以便随后对准目标光纤基板
微型机器人的抓取力不会导致图案的任何变形
最后，他们再次放下磁铁，让抓手释放图案，将机器人移开
利用这种装置，研究人员将漂浮图案湿转移到光纤上
在六步微型机器人制造过程中，科学家们将电极或应变仪等任意金图案转移到光纤上
为了了解图案转移的精确度，他们测量了沉积在光纤上的两个互补图案之间的位移
Barbot等人
观察到的对光纤弯曲接触位置上的长期图案粘附的挑战
微机器人辅助湿法转移在纤维功能化中的应用实例
顶部:光纤支撑电极和专用印刷电路板之间的接口
底部:有和没有铂黑电沉积的双电极装置的阻抗特性
(二)基于光纤的2D石墨烯器件
进行连续的湿法转移，以连续图案化金轨道，然后图案化石墨烯膜
石墨烯的存在通过拉曼光谱和等离子体破坏性测试来评估
(三)打印在纤维尖端的三维功能化微工具的扫描电镜照片
金轨道被对准并以良好的一致性转移到三维结构上
(四)基于电阻变化测量纤维变形的纤维应变仪
设备的扫描电镜图片、体验图片和结果信号
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aax8336 该团队优化了所提出的微型机器人辅助湿转移方法，以设计各种设备
他们通过将带有图案的纤维转移到印刷电路板上形成电子器件，并使用25米的金线实现电连接
他们形成了这种电化学传感器，用于微导管和其他可植入装置的潜在应用
科学家们还展示了使用几层不同材料在直径200米的玻璃纤维上形成双端石墨烯器件的制造技术
他们选择石墨烯是因为这种材料独特的电极特性
他们使用这种方法将有源机电器件集成到三维衬底上，然后在复杂的三维结构上形成图案
例如，他们在一个170米的玻璃毛细管纤维尖端微工具上转移了一个金图案(使用双光子光刻技术设计)
这项工作将为使用混合微制造技术在微尺度上设计复杂的机电器件铺平道路，该技术在精确的临床生物标记检测和精确外科手术中具有广泛的应用
通过这种方式，安托万·巴伯和一组跨学科研究人员提出了一种实用的解决方案，将薄膜和二维晶体以微米级精度湿法转移到三维衬底上
他们开发了一种浮动磁性微型机器人，能够存储一个优选的磁化方向，以便在永久磁场下操纵它们
研究小组通过调整磁铁的位置来抓取、对齐和释放浮动的二维图案，从而微调机器人微夹钳
所提出的装置简单、可重复且可靠
这种新的制造技术将在介入外科手术中开辟电化学传感器、微执行器和复杂的二维电子器件的新应用
巴伯等人的未来焦点
将包括基于多层范德瓦尔斯二维晶体的工程分级设备，以将有源元件集成到光纤尖端，最终形成纳米级或微米级的驱动和传感能力驱动的光纤机器人
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