这款以海星幼虫为灵感的新型微型机器人搅动塑料珠子
信用:科尔内·迪林格/苏黎世联邦理工学院 苏黎世联邦理工学院的研究人员开发了一种模仿海星幼虫运动的微型机器人
它由声波驱动，并配备有细小的毛发来引导周围的流体，就像它的自然模型一样
未来，这种微锥可以精确地将药物输送到患病细胞
在科学家中，人们对将彻底改变医学的微型机器有着浓厚的兴趣
这些微型机器人通常只有头发直径的一小部分，它们可以游过身体，将药物输送到特定区域，并执行最小的外科手术
这些机器人的设计往往受到细菌或藻类等天然微生物的启发
现在，苏黎世联邦理工学院的一个研究小组第一次开发出了一种受海星幼虫启发的微型机器人设计，它利用它们表面的纤毛带游泳和进食
超声波激活的合成系统模仿海星纤毛带的自然排列，并利用非线性声学来复制幼虫的运动和操作技术
将液体推开或吸入的毛发 乍一看，微型机器人与海星幼虫只有很少的相似之处
在幼体阶段，海星有一个只有几毫米宽的叶状身体
与此同时，微型机器人是一个长方形，小十倍，只有四分之一毫米宽
但这两者有一个共同的重要特征:表面有一系列细小的、可移动的毛发，称为纤毛
海星幼虫身上覆盖着成千上万根这样的毛发
它们排成一排，以协调的方式来回跳动，在周围的水中形成漩涡
两排纤毛的相对方向决定了最终结果:将两条跳动的纤毛带向彼此倾斜会产生一个具有推力作用的漩涡，从而推动幼虫
另一方面，将两条带子相互倾斜会产生一个漩涡，将液体吸入，捕获幼虫赖以为生的颗粒
根据是游泳还是觅食，星鱼幼虫产生不同的食物种类
学分:斯坦福特大学普拉卡什实验室 人造游泳者跑得更快 这些纤毛是由生命科学和医疗保健声学机器人学教授丹尼尔·艾哈迈德领导的ETH研究人员开发的新型微型机器人的关键设计元素
“一开始，”艾哈迈德说，“我们只是想测试我们是否能制造出类似海星幼虫的漩涡，让一排排纤毛相互靠近或远离
为此，研究人员利用光刻技术构建了一个具有适当倾斜纤毛带的微型机器人
然后，他们从外部来源施加超声波，使纤毛摆动
合成版本每秒钟来回跳动超过一万次——比海星幼虫快大约一千倍
和幼虫一样，这些跳动的纤毛可以用来产生一个在前面有吸力作用的漩涡和一个在后面有推力作用的漩涡，这两种作用的结合使机器人向前“猛冲”
在他们的实验室里，研究人员展示了微型机器人可以在水等液体中直线游泳
向水中添加微小的塑料珠使得人们可以看到微型机器人产生的漩涡
结果令人惊讶:海星幼虫和微型机器人产生几乎相同的流动模式
接下来，研究人员将睫状带排列成吸力漩涡位于推力漩涡旁边，模仿海星幼虫使用的喂食技术
这种安排使机器人能够收集粒子，并按照预定的方向发送出去
除了游泳之外，这种新型微型机器人还可以收集粒子，并将它们导向预定的方向
信用:科尔内·迪林格/苏黎世联邦理工学院 超声波有很多优点 艾哈迈德相信，在可预见的未来，这种新型微型机器人将会在医学上得到应用
这是因为一个只依赖超声波的系统提供了决定性的优势:超声波已经被广泛应用于成像，深入身体内部，并且不会对健康造成威胁
他补充说，这种疗法只需要一个超声波设备，这一事实使得它很便宜，因此适合在发达国家和发展中国家使用
Ahmed认为一个最初的应用领域可能是治疗胃肿瘤
通过扩散吸收常规药物的效率很低，但是让微型机器人将药物特异性地输送到胃肿瘤部位，然后将其输送到那里，可能会使药物更有效地被肿瘤细胞吸收，并减少副作用
得益于造影剂，图像更清晰 但在这一愿景实现之前，还有一个重大挑战有待克服:成像
将微型机器引导到正确的位置需要实时生成清晰的图像
研究人员计划通过加入造影剂(如那些已经用于超声医学成像的造影剂)来使微型机器人更加可见
除了医疗应用之外，Ahmed预计这种受海星启发的设计将对研究和工业中最小液体体积的操作产生重要影响
跳动的纤毛带可以执行混合、抽吸和粒子捕获等任务
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