磁力驱动纤毛动力攀爬软机器人和微流体泵

毛发状纤毛的有节奏运动使细胞周围的液体移动或推动细胞本身。在自然界中，纤毛独立地摆动，用人造材料模仿这些运动需要复杂的机制。现在，ACS Applied Materials & Interfaces 上的研究人员 已经制造出在施加旋转磁场时以波浪状运动的人造纤毛，使其适用于多功能、攀爬软机器人和微流体设备。

复制自然界中发现的运动——例如纤毛的小型鞭状运动——可以帮助研究人员创造更好的机器人或微型设备。当纤毛顺序振动时，它们会产生行波，与纤毛同时移动时相比，可以更有效地移动水并具有更好的抽水速度。

以前的研究人员已经重新创造了这些波浪状运动，但人造纤毛价格昂贵，需要复杂的运动部件，而且太大而无法用于微型设备。因此，Shuaizhong Zhang、Jaap den Toonder 和同事想要创造微型纤毛，当施加磁场时，它们会在波浪中移动，将水快速泵过它们，或者充当可以爬行和攀爬的软机器人。

研究人员将羰基铁粉颗粒注入聚合物中，然后将混合物倒入一系列相同的 50 微米宽的圆柱形孔中。当聚合物固化时，该团队将磁铁放置在模具下方，稍微改变了相邻纤毛中颗粒的排列和磁性。

为了测试人造纤毛在水和甘油中移动的能力，研究人员应用了旋转磁场。当磁铁在阵列周围移动时，纤毛来回摆动，产生的流动速度比大多数人造纤毛都要好。最后，研究人员将阵列翻转过来，它在平坦的表面上疾驰，达到与人类跑步速度成正比的最大速度，当磁场翻转方向时，机器人会反转。软体机器人在 45 度的斜坡上上下爬行，爬上垂直表面，倒立行走并携带比自身重量重 10 倍的物体。

研究人员表示，由于这些人造纤毛是由磁力驱动的，并且不与任何其他设备连接，因此它们可用于生产用于生物医学应用的微流体泵和灵活的软机器人。

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