磁力驅(qū)動纖毛動力攀爬軟機器人和微流體泵
毛發(fā)狀纖毛的有節(jié)奏運動使細胞周圍的液體移動或推動細胞本身。在自然界中，纖毛獨立地擺動，用人造材料模仿這些運動需要復雜的機制。現(xiàn)在，ACS Applied Materials & Interfaces 上的研究人員 已經(jīng)制造出在施加旋轉(zhuǎn)磁場時以波浪狀運動的人造纖毛，使其適用于多功能、攀爬軟機器人和微流體設(shè)備。
復制自然界中發(fā)現(xiàn)的運動——例如纖毛的小型鞭狀運動——可以幫助研究人員創(chuàng)造更好的機器人或微型設(shè)備。當纖毛順序振動時，它們會產(chǎn)生行波，與纖毛同時移動時相比，可以更有效地移動水并具有更好的抽水速度。
以前的研究人員已經(jīng)重新創(chuàng)造了這些波浪狀運動，但人造纖毛價格昂貴，需要復雜的運動部件，而且太大而無法用于微型設(shè)備。因此，Shuaizhong Zhang、Jaap den Toonder 和同事想要創(chuàng)造微型纖毛，當施加磁場時，它們會在波浪中移動，將水快速泵過它們，或者充當可以爬行和攀爬的軟機器人。
研究人員將羰基鐵粉顆粒注入聚合物中，然后將混合物倒入一系列相同的 50 微米寬的圓柱形孔中。當聚合物固化時，該團隊將磁鐵放置在模具下方，稍微改變了相鄰纖毛中顆粒的排列和磁性。
為了測試人造纖毛在水和甘油中移動的能力，研究人員應(yīng)用了旋轉(zhuǎn)磁場。當磁鐵在陣列周圍移動時，纖毛來回擺動，產(chǎn)生的流動速度比大多數(shù)人造纖毛都要好。最后，研究人員將陣列翻轉(zhuǎn)過來，它在平坦的表面上疾馳，達到與人類跑步速度成正比的最大速度，當磁場翻轉(zhuǎn)方向時，機器人會反轉(zhuǎn)。軟體機器人在 45 度的斜坡上上下爬行，爬上垂直表面，倒立行走并攜帶比自身重量重 10 倍的物體。
研究人員表示，由于這些人造纖毛是由磁力驅(qū)動的，并且不與任何其他設(shè)備連接，因此它們可用于生產(chǎn)用于生物醫(yī)學應(yīng)用的微流體泵和靈活的軟機器人。
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