北航《Applied Physics Letters》: 具有高運動精度和高輸出力的可變形磁流體機器人
發布日期：2021-09-01
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在生物醫學研究中，對生物顆粒（如細胞和生物組織）的操作，特別是捕獲和運輸，是各種生物應用的基礎。許多工具和驅動系統被設計用來提高操作的準確性和效率。磁驅動機器人具有精確操縱粒子或生物組織的能力，在生物醫學、生物工程和生物物理學領域具有重要的潛力。然而，具有預定形狀的剛性機器人的變形能力是有限的，這限制了其在狹小的空間的運動。
近日，北京航空航天大學機械工程學院仿生與微納研究所馮林副教授等研發了一種可變小型機器人，該機器人是利用具有磁性和流體性質的鐵磁流體這一新型材料所研制的。該磁流體基機器人不僅可以根據不同的磁場的分布形成不同的形狀，從而完成不同的任務；并且還可以借助于操作平臺的疏水處理，使得磁流體基機器人與基板間的摩擦減小，進而簡單高效地提高了機器人的實際輸出力。
圖1. 通過多種形狀的永磁鐵產生的集中磁場改變磁流體形狀進而達到搬運不同模塊的目的
為了證明這種磁流體基機器人所具有的且剛性機器人所欠缺的實際應用能力，作者設計了幾個驗證實驗：1.制造不同形狀的永磁體并磁化，觀察不同磁場下磁流體基機器人的變形情況；2. 打印不同形狀的模塊，測試磁流體機器人的搬運能力；3.打印狹縫，測試機器人穿越窄縫的性能。通過采用PμSL 精密3D打印技術（nanoArch S140精密3D打印系統設備，摩方精密），實現了驗證實驗中的搬運模塊、永磁模具及狹縫的精密制造。
圖2. 永磁體的制造流程及磁流體基機器人的變形
圖3. 磁流體基機器人在平面上的三自由度運動
圖4. 磁流體基機器人穿越狹縫動畫及實物演示
該項研究成果獲得國家重點研發計劃(No.2019YFB1309700)及北京新星科技計劃項目(No. Z191100001119003)支持，以“Deformable ferrofluid-based millirobot with high motion accuracy and high output force”為題發表于國際期刊《Applied PhysicsLetters》（北京航空航天大學陳迪曉碩士為第一作者）。
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https://doi.org/10.1063/5.0042893
