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北航《Applied Physics Letters》: 具有高运动精度和高输出力的可变形磁流体机器人

放大字体  缩小字体 发布日期:2021-06-21 09:46:32   来源:摩方材料  浏览次数:2777  
核心提示:在生物医学研究中,对生物颗粒(如细胞和生物组织)的操作,特别是捕获和运输,是各种生物应用的基础。许多工具和驱动系统被设
      在(zai)生(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)医学研究中,对生(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)颗粒(li)(如细胞(bao)和(he)生(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)组织)的(de)操作(zuo),特(te)别是(shi)捕获和(he)运输,是(shi)各种生(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)应用(yong)的(de)基础。许多工(gong)具(ju)和(he)驱(qu)(qu)动系统(tong)被设计用(yong)来提高操作(zuo)的(de)准确性和(he)效率。磁驱(qu)(qu)动机器人具(ju)有(you)(you)精(jing)确操纵粒(li)子或生(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)组织的(de)能力,在(zai)生(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)医学、生(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)工(gong)程和(he)生(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)物(wu)理(li)学领域具(ju)有(you)(you)重要(yao)的(de)潜力。然而,具(ju)有(you)(you)预(yu)定(ding)形(xing)状的(de)刚(gang)性机器人的(de)变(bian)形(xing)能力是(shi)有(you)(you)限的(de),这限制(zhi)了(le)其在(zai)狭(xia)小的(de)空间的(de)运动。

近日,北京(jing)航(hang)空航(hang)天大学机(ji)械工程学院(yuan)仿生(sheng)与微(wei)纳研究所冯林副教授等研发了一(yi)种可变小型机(ji)器(qi)(qi)人,该机(ji)器(qi)(qi)人是利用具有磁(ci)性(xing)和(he)流(liu)体(ti)性(xing)质(zhi)的(de)铁磁(ci)流(liu)体(ti)这(zhei)一(yi)新型材料所研制的(de)。该磁(ci)流(liu)体(ti)基(ji)机(ji)器(qi)(qi)人不仅可以根据不同的(de)磁(ci)场的(de)分布(bu)形成(cheng)不同的(de)形状,从而(er)完成(cheng)不同的(de)任务;并且还可以借助(zhu)于操作平(ping)台的(de)疏(shu)水处理(li),使(shi)得(de)磁(ci)流(liu)体(ti)基(ji)机(ji)器(qi)(qi)人与基(ji)板间的(de)摩擦减(jian)小,进(jin)而(er)简(jian)单高效地提高了机(ji)器(qi)(qi)人的(de)实际输出力(li)。

图1. 通过多(duo)种形状的永(yong)磁铁产生的集中磁场(chang)改变磁流体形状进而达到搬运不同模块(kuai)的目的

为了证明这种磁流体基机器人所具有的且刚性机器人所欠缺的实际应用能力,作者设计了几个验证实验:1.制造不同形状的永磁体并磁化,观察不同磁场下磁流体基机器人的变形情况;2. 打印不同形状的模块,测试磁流体机器人的搬运能力;3.打印狭缝,测试机器人穿越窄缝的性能。通过采用PμSL 3D打印技术(nanoArch S140,摩方精密),实现了验证实验中的搬运模块、永磁模具及狭缝的精密制造。

图2. 永磁(ci)体的制造流(liu)程及磁(ci)流(liu)体基机器(qi)人的变(bian)形

图3. 磁流体基机器人(ren)在(zai)平面上的三自(zi)由度运动

图4. 磁(ci)流体基机器人穿(chuan)越狭(xia)缝动(dong)画及实物演示

该项研究成果获得国家重点研发计划(No.2019YFB1309700)及北京新星科技计划项目(No. Z191100001119003)支持,以“Deformable ferrofluid-based millirobot with high motion accuracy and high output force”为题发表于国际期刊《Applied PhysicsLetters》(北京航空航天大学陈迪晓硕士为第一作者)。

文章链接:
http://doi.org/10.1063/5.0042893
 
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