北航: 具有高運(yùn)動(dòng)精度和高輸出力的可變形磁流體機(jī)器人

   在生物醫(yī)學(xué)研究中，對(duì)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(dòng)系統(tǒng)被設(shè)計(jì)用來(lái)提高操作的準(zhǔn)確性和效率。磁驅(qū)動(dòng)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(dòng)。

   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(chǎng)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(tái)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(jiǎn)單高效地提高了機(jī)器人的實(shí)際輸出力。

圖1. 通過(guò)多種形狀的永磁鐵產(chǎn)生的集中磁場(chǎng)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(shí)際應(yīng)用能力，作者設(shè)計(jì)了幾個(gè)驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)：1.制造不同形狀的永磁體并磁化，觀察不同磁場(chǎng)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(cè)試磁流體機(jī)器人的搬運(yùn)能力；3.打印狹縫，測(cè)試機(jī)器人穿越窄縫的性能。通過(guò)采用PμSL 3D打印技術(shù)（nanoArch S140，摩方精密），實(shí)現(xiàn)了驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)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(dòng)

圖4. 磁流體基機(jī)器人穿越狹縫動(dòng)畫(huà)及實(shí)物演示

該項(xiàng)研究成果獲得國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃(No.2019YFB1309700)及北京新星科技計(jì)劃項(xiàng)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(guó)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