本報(bào)訊中科院力學(xué)研究所非線性力學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室微納流動研究團(tuán)隊(duì)發(fā)展了新型磁控多工作模式的氣泡微機(jī)器人。該成果近日發(fā)表于Small。
能夠自主運(yùn)動的微馬達(dá)技術(shù)得到了發(fā)展和關(guān)注。作為典型的活性顆粒，微馬達(dá)往往由表面物理化學(xué)屬性相異的兩部分組成，將周圍環(huán)境中的能量（如化學(xué)能等）轉(zhuǎn)化為自身運(yùn)動的動能。因此借用古希臘的兩面神，稱為Janus微馬達(dá)。其中，氣泡驅(qū)動型微馬達(dá)運(yùn)動最大速度可達(dá)0.1m/s，具有較強(qiáng)的運(yùn)動能力，在高效水污染處理及醫(yī)療健康等領(lǐng)域展現(xiàn)出較好的應(yīng)用前景。
近年來，新興的游泳微機(jī)器人技術(shù)要求氣泡微馬達(dá)研究在掌握流動機(jī)理的基礎(chǔ)上增強(qiáng)可操控性，完成向氣泡微機(jī)器人的升級。國際前沿研究報(bào)道了氣泡微機(jī)器人應(yīng)用于液氣界面附近的微組裝平臺，實(shí)現(xiàn)對微芯片的一體化裝配；或被用于眼部輔助手術(shù)，為更換角膜及眼睛房水內(nèi)藥物輸運(yùn)提供新手段。而從氣泡微馬達(dá)到氣泡微機(jī)器人的升級，需要研究人員從機(jī)理可靠、智能可控及功能全面等三方面給出解決方案。
為此，團(tuán)隊(duì)研究搭建了三維Helmholtz線圈磁控系統(tǒng)，可通過手柄或程序?qū)?nèi)嵌磁性鎳層的Janus微球的朝向及運(yùn)動進(jìn)行便捷且高效的操控。
研究首次提出通過磁場調(diào)整液氣界面附近Janus微球的朝向，即可實(shí)現(xiàn)氣泡微機(jī)器人的遠(yuǎn)程速度調(diào)制。研究通過實(shí)驗(yàn)揭示了微氣泡潰滅引起射流的流動特征，并通過調(diào)整Janus微球、微氣泡、目標(biāo)物的相對位置，利用射流流動實(shí)現(xiàn)了對目標(biāo)推進(jìn)、錨定、抓取等不同功能。微氣泡在液氣界面附近潰滅還會產(chǎn)生表面毛細(xì)波，可對遠(yuǎn)場顆粒進(jìn)行大范圍清掃，且表面波遠(yuǎn)場功能與射流近場功能可進(jìn)行可控切換。
