具(ju)有高(gao)運(yun)動(dong)精(jing)度(du)和高(gao)輸出力(li)的可變形磁流(liu)體(ti)機(ji)器(qi)人（北(bei)航）

  在(zai)生物(wu)醫學(xue)研究(jiu)中(zhong)，對生物(wu)顆粒(li)（如(ru)細(xi)胞和生物(wu)組織(zhi)）的操作，特(te)別(bie)是(shi)捕(bu)獲(huo)和運(yun)輸(shu)，是(shi)各種(zhong)生物(wu)應用的(de)基(ji)礎(chu)。許(xu)多(duo)工具(ju)和驅動系(xi)統被設(she)計(ji)用來(lai)提高(gao)操作的準(zhun)確(que)性和效率(lv)。磁驅動機(ji)器(qi)人具(ju)有精(jing)確(que)操縱(zong)粒(li)子或(huo)生物(wu)組織(zhi)的能力(li)，在(zai)生物(wu)醫學(xue)、生物(wu)工程和生物(wu)物(wu)理(li)學(xue)領域(yu)具(ju)有重(zhong)要的潛(qian)力(li)。然而，具(ju)有預(yu)定形(xing)狀的剛(gang)性機(ji)器(qi)人的(de)變形(xing)能力(li)是(shi)有限(xian)的，這(zhe)限(xian)制了(le)其(qi)在(zai)狹小(xiao)的(de)空間(jian)的(de)運(yun)動(dong)。

   近(jin)日，北(bei)京(jing)航(hang)空航(hang)天大(da)學(xue)機(ji)械(xie)工程學(xue)院仿生與微納(na)研(yan)究(jiu)所(suo)馮(feng)林副教授等(deng)研(yan)發(fa)了壹種(zhong)可變小(xiao)型(xing)機(ji)器(qi)人，該機(ji)器(qi)人是(shi)利用具(ju)有磁性和流體(ti)性質(zhi)的鐵磁流(liu)體(ti)這(zhe)壹新(xin)型材(cai)料所(suo)研(yan)制的。該磁流(liu)體(ti)基(ji)機(ji)器(qi)人不(bu)僅可以(yi)根(gen)據(ju)不同的磁場(chang)的分布形(xing)成不同的形狀，從(cong)而完(wan)成不同的任(ren)務(wu)；並(bing)且還(hai)可以(yi)借(jie)助於操作平臺(tai)的疏(shu)水處(chu)理(li)，使(shi)得(de)磁流(liu)體(ti)基(ji)機(ji)器(qi)人與基(ji)板間(jian)的(de)摩(mo)擦減(jian)小(xiao)，進(jin)而簡單高(gao)效地提高(gao)了機(ji)器(qi)人的(de)實(shi)際(ji)輸出力(li)。

圖1. 通過多(duo)種(zhong)形(xing)狀的(de)永磁鐵產生的集中(zhong)磁場(chang)改變磁流(liu)體(ti)形狀(zhuang)進(jin)而達(da)到搬運(yun)不(bu)同模塊的(de)目的

為了(le)證明這(zhe)種(zhong)磁流(liu)體(ti)基(ji)機(ji)器(qi)人所(suo)具(ju)有的(de)且剛(gang)性機(ji)器(qi)人所(suo)欠缺(que)的實(shi)際(ji)應用能(neng)力(li)，作者(zhe)設計(ji)了(le)幾(ji)個驗(yan)證實(shi)驗(yan)：1.制造(zao)不(bu)同形狀的永磁體(ti)並(bing)磁化(hua)，觀察不同磁場(chang)下磁流(liu)體(ti)基(ji)機(ji)器(qi)人的(de)變形(xing)情(qing)況(kuang)；2. 打印(yin)不(bu)同形狀的模塊，測試(shi)磁流(liu)體(ti)機(ji)器(qi)人的(de)搬運(yun)能(neng)力(li)；3.打印(yin)狹(xia)縫(feng)，測試(shi)機(ji)器(qi)人穿(chuan)越(yue)窄(zhai)縫(feng)的性能。通過采用PμSL 3D打印(yin)技(ji)術(shu)（nanoArch S140，摩(mo)方(fang)精(jing)密），實(shi)現(xian)了(le)驗(yan)證實(shi)驗(yan)中(zhong)的搬運(yun)模塊、永磁模具(ju)及(ji)狹縫(feng)的精(jing)密制(zhi)造(zao)。

圖2. 永磁體(ti)的制(zhi)造(zao)流(liu)程及(ji)磁流(liu)體(ti)基(ji)機(ji)器(qi)人的(de)變形(xing)

圖3. 磁流(liu)體(ti)基(ji)機(ji)器(qi)人在(zai)平面上(shang)的(de)三(san)自由(you)度(du)運(yun)動(dong)

圖4. 磁流(liu)體(ti)基(ji)機(ji)器(qi)人穿(chuan)越(yue)狹(xia)縫(feng)動畫(hua)及(ji)實(shi)物(wu)演示(shi)

該項研(yan)究(jiu)成果獲(huo)得國(guo)家重(zhong)點(dian)研(yan)發計(ji)劃(hua)(No.2019YFB1309700)及(ji)北京新(xin)星科技(ji)計(ji)劃(hua)項目(No. Z191100001119003)支持(chi)，以(yi)“Deformable ferrofluid-based millirobot with high motion accuracy and high output force"為題(ti)發(fa)表(biao)於(yu)國(guo)際(ji)期刊(kan)《Applied PhysicsLetters》（北京(jing)航(hang)空航(hang)天大(da)學(xue)陳迪(di)曉(xiao)碩士(shi)為第(di)壹作者(zhe)）。