神奇水滴铁珠秒变机器人,移动速度

大数据文摘授权转载自学术头条

作者:库珀

把一吨水从一个地方输送到另一个地方,我们可以想出很多种方法,但如果我们需要精准移动几滴指定的小水珠呢?

这涉及到一门技艺叫做微流控输运,顾名思义,即一种微尺度下的流体输运方法。对流动液滴精准操控,在化学合成分析、药物筛选、细胞培养等领域用途广泛,对许多学科实验来讲不可或缺。

迄今为止,液相操作主要依靠具有特定形态或化学成分的固体表面来打破固、液、气三相接触线的不对称性,这种方法通常效率低,可控性有限,随着技术升级,近年来基于外界刺激(如光场、电场、热场)的智能液体操纵策略得到了广泛应用,但操作方法却不够简便。

还有没有更好的解决方案?很多科学团队都在不断探索。

图|移动水滴

(来源:CellReportsPhysicalScience)

如今,来自香港城市大学和中国科学院的科研人员联合设计了一种新装置,他们使用一个具有极亲水表面的小铁珠,发明出了仿生磁驱动液体操作微机器人Hydrobot,它可以在任意路径上驱动液滴移动,速度最高可达2米/秒(体长/秒),随着小铁珠表面积的增加,Hydrobot可以操纵更多的水。

这一策略还打破了空间限制,允许液滴沿三维°圆移动,实现在任何坡度爬坡或下坡,未来其应用场景包括清洁难以到达的微环境或用来运送微物质。

图|Hydrobot跟随外部磁铁控制,携带液滴移动或停止

(来源:CellReportsPhysicalScience)

相关研究论文以“Bioinspiredmagneticallydrivenliquidmanipulationasmicrorobot”为题,在线发表已经于6月3日发表在《细胞报告-物理科学》(CellReportsPhysicalScience)杂志上。

(来源:CellReportsPhysicalScience)

论文的第一作者、香港城市大学生物医学工程系的博士后研究员YifanSi表示:“Hydrobot的设计灵感来自在荷叶上蹦蹦跳跳的小鱼,鱼鳞具有高度的亲水性,能紧紧地粘附水滴,特别是在疏水表面。受这种自然现象启发,我们开发了Hydrobot,其所涉及的材料很容易获取,能为软机器人的设计提供全新的思路。”

解决3个问题

业界对于移动小液滴这件事,一直面临着速度、体积和空间三方面的挑战。

首先,很难用较高的速度(每秒几米)精确操纵液体运动,更具挑战性的是,随机停止或移动液滴;同时,也难以在三维空间中实现液体操纵;此外,大多数的液体操纵研究都是基于空气中的超疏水表面,如何在其他基质或环境中扩展和实现液体操纵一直是业界


转载请注明:http://www.aierlanlan.com/rzgz/2940.html