瑞士研究人员研发一种新型的微型机器人—从海星幼虫身上寻找灵感

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苏黎世联邦理工大学（ETH）的研究人员开发了一种微型机器人，可以模仿海星幼虫的运动。它是由声波驱动的，并配备有细小的毛发，引导周围的流体，就像它的自然模型一样。

这种微型#机器人#通常只有一根头发直径的一小部分，可以在体内游动，将药物输送到特定区域，并执行最小的外科手术。

这些机器人的设计灵感通常来自细菌或藻类等自然微生物。现在，ETH的一个研究小组首次以海星幼虫为灵感，开发了一种微型机器人设计，海星幼虫利用其表面的纤毛带游泳和进食。超声波激活合成系统模仿海星纤毛带的自然排列，并利用非线性声学来复制幼虫的运动和操纵技术。

头发可以将液体推开或吸入

乍一看，这些微型机器人与海星幼虫几乎没有相似之处。在幼体阶段，海星只有几毫米宽。同时，这个微型机器人是一个长方形的，比它小十倍，直径只有四分之一毫米。但两者确实有一个共同的重要特征：表面有一系列细小的、可移动的毛发，称为纤毛。

海星幼虫身上覆盖着数十万根这样的毛发。它们排成一排，以协调的方式来回拍打，在周围的水中形成漩涡。两排纤毛的相对方向决定了最终结果：将两条跳动的纤毛带相互倾斜会产生一个带有推力效应的漩涡，推动幼虫。另一方面，两条带相互倾斜会产生一个漩涡，将液体吸入，捕获幼虫赖以生存的颗粒。

人工“游泳运动员”跑得更快

这些纤毛是ETH研究人员开发的新型微型机器人的关键设计元素，由丹尼尔·艾哈迈德（Daniel Ahmed）教授领导。“一开始我们只想测试我们是否能创造出类似于海星幼虫的漩涡，这些漩涡的纤毛排彼此倾斜或远离。”

为此，研究人员利用光刻技术构建了一个具有适当倾斜睫状体带的微型机器人。然后，他们应用超声波使纤毛振荡。振荡每秒来回跳动超过一万次——大约比海星幼虫快一千倍。与幼虫一样，这些跳动的纤毛可以用来产生一个前部有吸力作用的漩涡和后部有推力作用的漩涡，综合作用使机器人向前“飞驰”。

接下来，研究人员排列了纤毛带，这样一个吸力漩涡被放置在一个推力漩涡旁边，模仿海星幼虫使用的喂食技术。这种安排使机器人能够收集粒子并将它们发送到预定的方向。

超声波有很多优点

艾哈迈德确信，在可预见的未来，这种新型微型机器人将可用于医学。这是因为一个仅依赖超声波的系统具有决定性的优势：超声波已经广泛应用于成像，可以深入人体内部，不会对健康造成危害。

对比剂使图像更清晰

但在这一愿景得以实现之前，一个主要的挑战仍然有待克服：成像。将微型机器转向正确的位置需要实时生成清晰的图像。研究人员计划通过加入造影剂，使微型机器人更加可见。

除了医疗应用之外，艾哈迈德预计这种海星-激发设计灵感，对研究和工业中最小液体体积的操作具有重要意义。搏动纤毛带可以执行混合、泵送和粒子捕获等任务。

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