具有高(gao)運動(dong)精度和(he)高輸出力(li)的可變形(xing)磁(ci)流(liu)體機器(qi)人

   在(zai)生(sheng)物(wu)醫(yi)學研(yan)究(jiu)中，對(dui)生(sheng)物(wu)顆粒（如細胞和(he)生(sheng)物(wu)組織(zhi)）的操(cao)作(zuo)，特(te)別是捕(bu)獲和(he)運輸，是各(ge)種生(sheng)物(wu)應用(yong)的(de)基(ji)礎(chu)。許(xu)多工(gong)具(ju)和(he)驅動(dong)系統被(bei)設(she)計用(yong)來提(ti)高(gao)操(cao)作(zuo)的(de)準(zhun)確(que)性和(he)效率。磁(ci)驅動(dong)機器(qi)人具有精確操(cao)縱(zong)粒子(zi)或(huo)生(sheng)物(wu)組織(zhi)的能(neng)力(li)，在(zai)生(sheng)物(wu)醫(yi)學、生(sheng)物(wu)工(gong)程(cheng)和(he)生(sheng)物(wu)物理學領(ling)域具(ju)有重(zhong)要的潛(qian)力(li)。然而，具(ju)有預定(ding)形(xing)狀(zhuang)的剛性(xing)機(ji)器(qi)人的變(bian)形(xing)能(neng)力(li)是有限的(de)，這限制了(le)其(qi)在(zai)狹(xia)小(xiao)的(de)空間(jian)的運動(dong)。

   近(jin)日(ri)，北(bei)京(jing)航空(kong)航天(tian)大學機械(xie)工(gong)程(cheng)學院仿(fang)生(sheng)與微(wei)納(na)研(yan)究(jiu)所(suo)馮(feng)林(lin)副(fu)教(jiao)授(shou)等(deng)研(yan)發(fa)了(le)壹(yi)種可變小型(xing)機(ji)器(qi)人，該(gai)機(ji)器(qi)人是利(li)用(yong)具(ju)有磁(ci)性和(he)流(liu)體性質(zhi)的鐵磁(ci)流(liu)體這壹(yi)新型材料(liao)所(suo)研(yan)制的(de)。該(gai)磁(ci)流(liu)體基機(ji)器(qi)人不(bu)僅(jin)可(ke)以根(gen)據不(bu)同的(de)磁(ci)場(chang)的(de)分(fen)布(bu)形(xing)成(cheng)不(bu)同的(de)形(xing)狀(zhuang)，從而完(wan)成(cheng)不(bu)同的(de)任務；並且還(hai)可以(yi)借(jie)助於(yu)操(cao)作(zuo)平臺的疏(shu)水處(chu)理，使得磁(ci)流(liu)體基機(ji)器(qi)人與基(ji)板(ban)間(jian)的摩擦減小(xiao)，進(jin)而(er)簡(jian)單(dan)高(gao)效地提(ti)高(gao)了(le)機(ji)器(qi)人的實際輸出力(li)。

圖1. 通過多種形(xing)狀(zhuang)的永磁(ci)鐵產(chan)生(sheng)的(de)集中磁(ci)場(chang)改變磁(ci)流(liu)體形(xing)狀(zhuang)進(jin)而(er)達(da)到搬(ban)運不(bu)同模塊的目的(de)

為(wei)了(le)證明(ming)這種磁(ci)流(liu)體基機(ji)器(qi)人所具(ju)有的(de)且剛性(xing)機(ji)器(qi)人所欠(qian)缺(que)的實際應用(yong)能(neng)力(li)，作(zuo)者(zhe)設計了幾個驗(yan)證實驗(yan)：1.制造不(bu)同形(xing)狀(zhuang)的永磁(ci)體並磁(ci)化，觀(guan)察(cha)不(bu)同磁(ci)場(chang)下(xia)磁(ci)流(liu)體基機(ji)器(qi)人的變(bian)形(xing)情(qing)況；2. 打印不(bu)同形(xing)狀(zhuang)的模塊，測試磁(ci)流(liu)體機器(qi)人的搬(ban)運能(neng)力(li)；3.打印狹縫(feng)，測(ce)試機(ji)器(qi)人穿(chuan)越(yue)窄(zhai)縫(feng)的(de)性(xing)能(neng)。通(tong)過采(cai)用(yong)PμSL 3D打印技(ji)術(shu)（nanoArch S140，摩(mo)方精密），實現了驗(yan)證實驗(yan)中的搬(ban)運模塊、永磁(ci)模具及狹縫(feng)的(de)精密制造。

圖(tu)2. 永磁(ci)體的制造流(liu)程(cheng)及磁(ci)流(liu)體基機(ji)器(qi)人的變(bian)形(xing)

圖(tu)3. 磁(ci)流(liu)體基機(ji)器(qi)人在(zai)平面(mian)上的(de)三自由度(du)運動(dong)

圖4. 磁(ci)流(liu)體基機(ji)器(qi)人穿(chuan)越(yue)狹縫(feng)動(dong)畫及實物演示(shi)

該(gai)項(xiang)研(yan)究(jiu)成(cheng)果(guo)獲得國家(jia)重點(dian)研(yan)發(fa)計劃(No.2019YFB1309700)及北京新(xin)星(xing)科(ke)技(ji)計劃項目(No. Z191100001119003)支(zhi)持，以“Deformable ferrofluid-based millirobot with high motion accuracy and high output force"為題發(fa)表(biao)於國(guo)際期刊《Applied PhysicsLetters》（北(bei)京航空(kong)航天(tian)大學陳迪(di)曉(xiao)碩(shuo)士(shi)為第壹(yi)作(zuo)者(zhe)）。

文章鏈(lian)接(jie)：
https://doi.org/10.1063/5.0042893