2019-01-03 05:54:01
研究人员开发出用包裹 襟翼 毛发的自供电微流体薄片

研究人员开发出用包裹 襟翼 毛发的自供电微流体薄片.gif

从“一千零一夜”到迪士尼的“阿拉丁”故事中的“神奇地毯”捕捉到了想象力,不仅因为它可以飞行,而且因为它还可以挥动,拍打和改变其形状以服务于骑手。凭借这种灵感,以及在解决方案中催化化学反应的帮助,匹兹堡大学斯旺森工程学院的一个团队设计了一个二维的,变形的片材,可以在反应物填充的液体中自动移动。

最近在美国科学促进会期刊“科学进步”杂志上发表了一篇文章“设计自行式,化学活性薄片:包装机,襟翼和爬行器”。首席研究员是Anna C. Balazs,斯旺森学校的John A. Swanson主席和化学与石油工程杰出教授。主要作者是Abhrajit Laskar,共同作者是Oleg E. Shklyaev,他们都是博士后同事。

“在化学中长期以来一直是创造一个在一个环境中自行移动的非生命物体的挑战,这反过来会改变物体的形状,允许它执行全新的任务,如诱捕其他物体,”Balazs博士解释。 “研究人员以前在表面上制作了化学活性斑点,可以产生流体流动,但流动不会影响贴片的位置或形状。在我们自己的实验室中,我们建模了球形和矩形颗粒,可以自动移动现在我们有了这个集成系统,它利用化学反应来激活流体运动,同时传输一个灵活的物体并“雕刻”它的形状,这一切都是自动发生的。“

该小组通过在柔性板上引入催化剂涂层实现了这种自推进和重新配置的壮举,该涂层大致是人类头发的宽度。向周围流体中添加反应物引发地毯的运动和其形状的变化。 “据我们所知,这是第一次将这些催化化学反应应用于二维片材以产生流动,将这些片材转化为移动的三维物体,”Balazs博士说。

此外,通过在片材的特定区域放置不同的催化剂并控制流体中反应物的量和类型,该组产生了有用的催化反应级联,其中一种催化剂分解相关的化学物质,然后成为下一种化学物质的反应物。一组催化反应。添加不同的反应物并设计板的适当配置允许在本研究中进行各种操作,包裹物体,进行拍打运动以及在表面上的障碍物上翻滚。

Shklyaev博士说:“包含这些活性薄片的微流体装置现在可以执行重要功能,例如穿梭货物,抓住柔软细腻的物体,甚至爬行以清洁表面。” “这些灵活的微型机器简单地将化学能转化为自发的重新配置和运动,这使他们能够完成有用的工作。”

Laskar博士补充说,如果将片材切成四瓣花的形状并放置在微流体装置的表面上,花瓣的化学成分可以“编程”以单独打开和关闭,从而创建执行逻辑的门操作,以及产生特定的流体流以在整个装置中输送颗粒。

“例如,像捕手的手套一样,你可以利用花瓣捕捉微观球并将其保持一段时间,然后在不同的花瓣上发起新的化学反应,使球在它们之间移动。化学导向的捕获游戏,“拉斯卡博士解释说。 “这种水平的空间和时间控制允许分阶段的反应和分析,否则你无法用不可变形的材料进行分析。”

该小组还尝试将催化剂放置在片材的不同部分上以产生特定的运动。在一个实验中,将催化剂仅放置在片材的主体上而不是头部和尾部,引起类似于尺inch的运动的蠕动。在另一个实现中,当障碍物被放置在涂层板的前面时,它将在障碍物上翻滚并继续移动,允许其穿过颠簸的地形。

“这项研究让我们进一步了解化学如何在微流体装置中驱动自主,自发的驱动和运动,”Balazs博士说。 “我们的下一个任务是通过利用多个板材的相互作用和自组织来探索微加工,将它们组合成专门用于执行复杂,协调功能的架构。此外,通过试验不同的刺激,如热和光,我们可以设计移动式三维微型机器,可根据环境变化调整其形状和动作。这种响应行为对于创建下一代软机器人设备至关重要。“

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