微型游泳机器人在磁场下可以解除耦合并重新连接

无论是科幻爱好者还是游泳冠军菲尔普斯，都将会对研究人员最近完成的一个壮举感兴趣。这个实验利用旋转的磁场，让很多微型的、由磁性颗粒组成的机器人在一个微流体环境中连接成许多链条，以惊人的速度游动。这一发现是医学上利用人称微型游泳机器人在人体内进行药物输送和手术方面取得的最新进展。通过以一定的频率旋转磁场，机器人组成的链条将会分裂成很多单个的、可进行单独控制的机器人Drexel大学的研究员在工程学院教授MinJunKim博士的领导下，成功地完成了一个壮举，无论是科幻爱好者还是游泳冠军菲尔普斯，都将会对这一壮举感兴趣。他们利用旋转的磁场，让很多微型的、由磁性颗粒组成的机器人在一个微流体环境中连接成许多链条，以惊人的速度游动。这一发现是医学上利用微型游泳机器人（microswimmerrobot）在人体内进行药物输送和手术方面取得的最新进展。在自然科学报告杂志（NatureScientificReports）最近发表的一篇论文中，化学工程师描述了他们利用磁场让磁性颗粒在游动过程中彼此连接及解除连接、并在磁场中对解除了耦合连接的单个机器人进行单独控制的过程。实验数据有助于推进使用微型机器人在静脉内进行有目标的药物输送、手术以及癌症治疗。我们相信微型游泳机器人有一天将被用于进行医疗手术，并为人体中受感染的部位带来更为直接的治疗，Drexel大学工程学院的研究者博士后UKeiCheang说。他是上面所说论文的主要作者。他说，对于这类型的工作这种机器人具有很高的效率，因为它们在很多不同的生物环境中都能够被准确地引导到目的地，例如流动的血液中以及肿瘤内部的微环境中。一个重要的发现是，较长的机器人链条能够游动得比较短的链条更快。他们从仅有三个磁性颗粒的最短链条开始，逐渐组建更长的链条进行实验。研究小组发现的最长的链条拥有13个磁性颗粒，游动的速度高达17.85微米每秒。Drexel大学的工程师们在过去的将近十年里都在试图增进对生物医药用途的微型机器人的了解，目的在于让由微型机器人组成的链条在人体中运动，然后通过解除耦合的分散的微型机器人来将携带的药物运送至目标或者对目标进行治疗。这次取得的进展在于，能够使用一个单一的磁场来控制几乎是全能的微型机器人来完成多种任务。微型机器人链条是通过旋转来移动的，它们排列成长长的螺丝状，与旋转的外部磁场同步地旋转，螺旋桨式前进。因此，磁场旋转得越快，就有越多的微型机器人参与到旋转中，它们前进的速度就越快。这一动态推进系统也是将机器人链条分解成更短链条的关键。当磁场旋转频率达到某一特定值时，机器人链条将会分裂为两条更短的链条，它们可以进行独立的运动。要让机器人链条分解，我们只需要增加磁场旋转的频率，Cheang说，对一条由七个磁性颗粒组成的机器人链条，我们将磁场旋转频率增加1015周，流体动力所产生的作用力将导致链条发生形变，产生卷曲效应，从而导致整个链条分解为由三个颗粒和四个颗粒组成的两条链条。链条分解后，可以继续通过调整磁场，让三颗粒链条与四颗粒链条朝不同的方向移动。因为颗粒是具有磁性的，它们还可以重新连接，只需调整磁场让它们的异性磁极回到相互吸引的位置。研究团队还总结出了可以促进机器人链条重新连接的最佳的旋转频率与角度。这一发现其实是另一个更大的研究课题中的重要部分，Drexel大学正与来自全世界的10家研究和医疗机构联合开发用于治疗动脉阻塞的微创手术技术。为了使这一发现应用于药物输送和微创手术，将来的研究需要证明不同配置的机器人链条可以在多种复杂环境中实现正确引导，以及可以在操作过程中建立起不同的机器人链条来完成不同的任务，论文作者这样说，但我们相信，对我们研究中讨论的机器人链条装配过程进行机械学的研究，可以帮助将来人们开发能够完成这方面重要工作的装置。

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