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气泡微机器人实现远程速度调制

来源:中国科学报  发表时间:2022-9-16 10:48:27   浏览:

  中科院力学研究所非线性力学国家重点实验室微纳流动研究团队发展了新型磁控多工作模式的气泡微机器人。该成果近日发表于Small。

  能够自主运动的微马达技术得到了发展和关注。作为典型的活性颗粒,微马达往往由表面物理化学属性相异的两部分组成,将周围环境中的能量(如化学能等)转化为自身运动的动能。因此借用古希腊的两面神,称为Janus微马达。其中,气泡驱动型微马达运动最大速度可达0.1m/s,具有较强的运动能力,在高效水污染处理及医疗健康等领域展现出较好的应用前景。

  近年来,新兴的游泳微机器人技术要求气泡微马达研究在掌握流动机理的基础上增强可操控性,完成向气泡微机器人的升级。国际前沿研究报道了气泡微机器人应用于液气界面附近的微组装平台,实现对微芯片的一体化装配;或被用于眼部辅助手术,为更换角膜及眼睛房水内药物输运提供新手段。而从气泡微马达到气泡微机器人的升级,需要研究人员从机理可靠、智能可控及功能全面等三方面给出解决方案。

  为此,团队研究搭建了三维Helmholtz线圈磁控系统,可通过手柄或程序对内嵌磁性镍层的Janus微球的朝向及运动进行便捷且高效的操控。

  研究首次提出通过磁场调整液气界面附近Janus微球的朝向,即可实现气泡微机器人的远程速度调制。研究通过实验揭示了微气泡溃灭引起射流的流动特征,并通过调整Janus微球、微气泡、目标物的相对位置,利用射流流动实现了对目标推进、锚定、抓取等不同功能。微气泡在液气界面附近溃灭还会产生表面毛细波,可对远场颗粒进行大范围清扫,且表面波远场功能与射流近场功能可进行可控切换。

  相关论文信息:https://doi.org/10.1002/smll.202203872

  (原载于《中国科学报》 2022-09-16 第1版 要闻)
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