在生物醫(yī)學(xué)研究中，對生物顆粒（如細(xì)胞和生物組織）的操作，特別是捕獲和運(yùn)輸，是各種生物應(yīng)用的基礎(chǔ)。許多工具和驅(qū)動系統(tǒng)被設(shè)計用來提高操作的準(zhǔn)確性和效率。磁驅(qū)動機(jī)器人具有精確操縱粒子或生物組織的能力，在生物醫(yī)學(xué)、生物工程和生物物理學(xué)領(lǐng)域具有重要的潛力。然而，具有預(yù)定形狀的剛性機(jī)器人的變形能力是有限的，這限制了其在狹小的空間的運(yùn)動。
近日，北京航空航天大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院仿生與微納研究所馮林副教授等研發(fā)了一種可變小型機(jī)器人，該機(jī)器人是利用具有磁性和流體性質(zhì)的鐵磁流體這一新型材料所研制的。該磁流體基機(jī)器人不僅可以根據(jù)不同的磁場的分布形成不同的形狀，從而完成不同的任務(wù)；并且還可以借助于操作平臺的疏水處理，使得磁流體基機(jī)器人與基板間的摩擦減小，進(jìn)而簡單高效地提高了機(jī)器人的實際輸出力。
圖1. 通過多種形狀的永磁鐵產(chǎn)生的集中磁場改變磁流體形狀進(jìn)而達(dá)到搬運(yùn)不同模塊的目的
為了證明這種磁流體基機(jī)器人所具有的且剛性機(jī)器人所欠缺的實際應(yīng)用能力，作者設(shè)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(jī)器人的變形情況；2. 打印不同形狀的模塊，測試磁流體機(jī)器人的搬運(yùn)能力；3.打印狹縫，測試機(jī)器人穿越窄縫的性能。通過采用PμSL 3D打印技術(shù)（nanoArch S140，摩方精密），實現(xiàn)了驗證實驗中的搬運(yùn)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(jī)器人的變形
圖3. 磁流體基機(jī)器人在平面上的三自由度運(yùn)動
圖4. 磁流體基機(jī)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(diǎn)研發(fā)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(fā)表于國際期刊《Applied PhysicsLetters》（北京航空航天大學(xué)陳迪曉碩士為第一作者）。
文章鏈接：
https://doi.org/10.1063/5.0042893
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