利用声波推动微型机器人通过毛细血管

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苏黎世联邦理工学院机器人与智能系统研究所和德国明斯特大学软纳米科学中心理论物理研究所的一个机器人和声学工程师团队开发了一种可以利用声波通过细管推进的微型机器人。在他们发表在《科学进展》杂志上的论文中,该小组描述了他们是如何设计机器人的,以及在测试时它们的工作情况。

利用声波推动微型机器人通过毛细血管

基于声学驱动的螺旋推进器。(A)显示螺旋状细菌形态的显微图,该细菌在粘度占主导地位的流体中通过旋转进行平移运动。(B)无线仿生机器人,它可以响应外部声场进行推进(C)概念示意图说明了这种微型机器人在血管无创手术中的应用

多年来,医学研究人员一直在寻找以更直接的方式将药物引入体内的方法。这样做可以只将药物送到身体需要药物的部位,从而防止许多不必要的副作用。先前的研究工作已经带来了各种技术的发展,其中一些最有希望的技术涉及使用由外部磁铁控制的微型机器人。

尽管这种方法已经显示出了前景,但它仍然存在必须克服的问题,例如精度控制。此项研究中,研究团队转而使用声波来推动一个小型机器人,这种方法可能更适合在人体中使用。

新机器人背后的想法是捕捉声波中的能量,作为推动无马达机器人的一种手段。为了实现这一点,该团队3D打印了一点螺旋状的无毒聚合物。然后,他们把螺旋推进器放在装满水(或酒精)的玻璃管里。接下来,他们向螺旋推进器发射声波。研究人员指出,声波使液体中的分子振动,从而产生涡流,推动机器人前进。

研究小组发现,他们还可以通过改变声波的特征来改变机器人在管道中移动的速度和方向。同时发现,通过增加声波频率,他们可以通过倾斜45度的管道向上推动机器人。

研究人员下一步计划在由更柔性材料制成的管道中测试他们的机器人,以更准确地模拟人体血管。他们也提到正在研究声学头盔,他们相信这将对机器人有更多的控制权。

更多信息参考:Yong Deng et al,An acoustically controlled helical microrobot - 一种声学控制的螺旋微型机器人,Science Advances (2023).  DOI: 10.1126/sciadv.adh5260

文章来源:ProAcoustics

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