可編程磁性機(jī)器人可以做一些什么

精確控制液滴行為是冷卻降溫、防結(jié)冰、微流控等應(yīng)用領(lǐng)域的關(guān)鍵。當(dāng)前研究主要集中于單一液滴移動(dòng)行為，此時(shí)僅需使液滴的驅(qū)動(dòng)力大于其移動(dòng)時(shí)受到的固定阻力。調(diào)節(jié)液滴所受驅(qū)動(dòng)力及阻力的相對(duì)大小，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的液滴行為，仍然面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。

在國(guó)家自然科學(xué)基金委、科技部和中國(guó)科學(xué)院的支持下，中科院化學(xué)研究所綠色印刷重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室宋延林課題組近年來(lái)致力于納米綠色印刷技術(shù)的研究和應(yīng)用，在噴墨打印墨滴控制和功能界面操控液滴行為領(lǐng)域取得一系列進(jìn)展。最近，他們?cè)O(shè)計(jì)出一種能夠程序化控制的“液滴機(jī)器人”，首次實(shí)現(xiàn)了液滴的切割、移動(dòng)、釋放和旋轉(zhuǎn)等復(fù)雜行為。該機(jī)器人由磁場(chǎng)控制系統(tǒng)和兩個(gè)不銹鋼組成。通過(guò)程序化控制磁場(chǎng)分布，可以改變鋼球的位置和球心距，從而動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)液滴運(yùn)動(dòng)時(shí)前后端受到的阻力大小，實(shí)現(xiàn)液滴的多行為控制。對(duì)鋼球進(jìn)行表面處理，調(diào)節(jié)其表面能，可用于多種類(lèi)流體系統(tǒng)的操控。比如，在水下控制油滴，在油下控制水滴和水下控制氣泡等。這種液滴控制技術(shù)在化學(xué)分析和生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域具有廣泛的潛在應(yīng)用前景。

這項(xiàng)研究實(shí)現(xiàn)了液滴的復(fù)雜行為操縱。可以通過(guò)簡(jiǎn)單的程序設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的化學(xué)生物實(shí)驗(yàn)的操控。也許有一天，未來(lái)的化學(xué)生物實(shí)驗(yàn)只需要“編程”就可以實(shí)現(xiàn)。相關(guān)研究成果發(fā)表在《Science Advances》雜志，通訊作者是研究員宋延林和博士李會(huì)增，第一作者是博士生李安。