能夠在眼球中游動的微型扇貝機器人

2014.1107.1

在德國Stuttgart的Max Planck智慧系統研究中心(Max Planck Institute for Intelligent Systems),近期研發出能在體液中游移的機械扇貝僅不到1毫米。

對於小到能待在你的身體裡面的微米或納米尺寸機器人,最重要的關鍵就是簡單性。因為在如此狹小的空間無法容納複雜的系統,更不用說需要安裝電池的裝置。因此,能在你的血液裡或眼球中游動的微小機器人,通常使用磁場為動力。

當我們在考慮微型機器人微米級的游泳動作時,首先應了解流體(特別是體液)在微米級的特性。血並不像水那樣,它是屬於非牛頓流體。這意味著血液的和牛頓流體特性不同,它會改變粘度,而黏度取決於你對於液體施了多少力。非牛頓流體的典型例子是oobleck液體(一比二的水與玉米澱粉)。Oobleck表現的就像是一體,但當你對oobleck施一定的力(比如說將手快速的放入),它的粘度會增加接近固體。

這些非牛頓流體其實大部分存在你的身體中(血液、關節液、眼球黏液等),雖然聽起來想在其中游動變複雜了,但對於機器人來說,其實是個轉機。這是因為:

在微型世界裡,機器人的制動器通常傾向於簡單化及對等的動作。也就是前後擺動,而不像一般傳統的馬達旋轉方式。在水中或其它牛頓流體,很難以前後擺動的方式進行運動,因為來回擺動的施力對於兩個方向上是一樣大的。這樣造成的情況會是,機器人先向前移動一點,接著往後移動一點,最後停留在原處。

然而,如果是在一個非牛頓流體,狀況就不一樣了,這意味著往復運動是可以採用的。在德國Stuttgart的Max Planck智慧系統研究中心,Peer Fischer教授帶領一組研究人員探討微型機器人是如何以扇貝方式進行移動:

這個機器人是由一個外部磁場提供能量來游動,並不是像其他微型機器人一樣直接被磁場拖曳。另外,其他各式各樣的往復致動器,例如壓電材料、雙金屬片、形狀記憶合金、熱或光致動聚合物等,也可以運用於這樣的游動方式。研究人員表示,往後扇貝式移動的微型機器人還會有什麼樣的進展及演化是非常有趣及令人期待的。