用微型增强器增强小型机器人的运动

1、 微型机器人有几个有用的应用，特别是在生物医学和医疗保健环境中。例如，由于体积小，这些小型机器可以插入人体，允许医生远程检查或操作受疾病影响的区域。

2、 然而，由于人体内的流体流动模式，开发一种在医疗环境中有效移动微型机器人的方法是一项具有挑战性的任务。为了克服这一挑战，过去的研究提出使用可以在表面滚动的轮式机器，因为它们的结构允许增强的推进力和更快的平移速度。

3、 虽然它们很有前景，但研究结果表明，这些机器人在飞机上移动很差，经常滑动。在一项有趣的科学机器人新研究中，科罗拉多矿业学院和丹佛科罗拉多大学的一组研究人员提出了一种新方法，可以帮助增强微型机器人在潮湿表面上的运动。

4、 “由于小尺度流体力学的基本限制，小型机器很难游泳，我们试图通过开发一种基于轮子的方法并在可用的表面上行驶来克服这一限制，”进行这项研究的研究人员之一大卫马尔教授告诉TechXplore。“这些方法相对有效，[但是]因为车身内部的表面是湿的，我们的车轮倾向于以理论最大值的10%左右滑动和行驶。这项工作的想法是开发一种防止车轮打滑的方法，它像齿轮一样安装在行驶面上。事实上，可以消除滑动，从而显著加快平移速度。”

5、 马尔教授和他的同事从道路和车轮背后的数学中获得灵感，并将这些计算应用于小型轮式机器人。他们发现，由机器人操作的“微型”的地形(即物理特征)的特定变化允许微型磁带达到更高的速度。

6、 研究人员观察到，机器人微小齿轮的周期性碰撞可以提高微小车轮和附近墙壁之间的牵引力。在潮湿的平面上，车轮容易打滑。因此，崎岖不平的道路会导致一种由带滑动的旋转和防滑转向组成的运动模式。这显著提高了轮子的平移速度，机器人的移动速度比在飞机上快4倍。

7、 “特定形状和尺寸的车轮非常适合特定设计形状的道路，”Marr教授解释道。“当圆形车轮与平坦道路匹配时，非圆形车轮与道路上的特定突起匹配。最终目标是开发更好地匹配身体内表面的车轮，从而在必须快速治疗的疾病中实现更快的治疗，例如。”

8、 给汽车装上方形车轮似乎是一种反直觉、低效的改进运动的方式。然而，正如Marr教授所解释的，微电池运行的表面往往很难完全铺平，因此，在这些情况下，非圆形车轮设计实际上是有益的。

9、 地形表面三维磁场下二聚体沿闪耀方向的平移。图片：杨等，Sci。机器人。4，eaaw9525(2019)

10、 另一位研究人员吴宁教授告诉TechXplore:“我们的工作揭示了微孔和非光滑表面之间重要的流体动力学相互作用，而文献中的大部分工作主要集中在平面上微型机器人的进步上。“我们研究成果的一个应用是根据对称性而不是尺寸来分离微观物体。”

11、 Marr、吴及其同事收集的调查结果可能具有一定的现实意义。例如，研究人员观察到方形和菱形微型滚轮在平坦表面上以相似的速度滚动，但在崎岖不平的道路上以非常不同的速度滚动。

12、 这种简单的观察可以为微型飞机将在其上运行的表面的战略设计提供信息，并最终根据轮子的形状增强其运动。在崎岖不平的表面上实现这些小型机器的更快旋转，还可以简化它们在人体特定区域(如部分堵塞的血管网络)旅行时的操作。

13、 Marr，吴和他们的同事最近的论文提供了新的见解，可以指导开发更有效的微生物用于生物医学目的。在未来的工作中，研究人员计划探索另外两个可以产生额外有价值观察结果的研究方向。

14、 吴教授说：“首先，我们将利用地形图案化的基底，在对称性和尺寸上分离微米和纳米级粒子，因为我们已经证明它们可以以不同的速度滚动。“然后，分离出的粒子可以作为构建模块，用于制造光和物质之间有趣相互作用的光子结构。另一个方向是制造微软材料，比如可以封装药物的液滴。我们的最终目标是操纵这些软轮血管网络，并利用它们在复杂环境中输送药物。”

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