Forskerteam udvikler ny ultralydsdrevet aktuator til udvikling af mikrorobot

Stræben efter at udvikle en trådløs mikro-robot til biomedicinske applikationer kræver en lille "motor", der kan drives trådløst via biologiske medier. Mens magnetfelter kan bruges til at drive små robotter trådløst, de giver ikke selektivitet, da alle aktuatorer (komponenterne, der styrer bevægelse) under det samme magnetfelt, bare følger den samme bevægelse. For at imødegå denne iboende begrænsning af magnetisk aktivering, et team af tyske forskere har udviklet en måde at bruge mikrobobler til at give den specificitet, der er nødvendig for at drive mikro-robotter til biomedicinske applikationer.

Denne uge i Anvendt fysik bogstaver , teamet beskriver denne nye tilgang, der giver flere fordele i forhold til tidligere teknikker.

"Først, ved at anvende ultralyd ved forskellige frekvenser, flere aktuatorer kan adresseres individuelt; sekund, aktuatorerne kræver ingen elektronik ombord, hvilket gør dem mindre, lettere og sikrere; og for det tredje, tilgangen er skalerbar til sub-millimeter størrelse, "sagde Tian Qiu, en forsker ved Max Planck Institute for Intelligent Systems i Tyskland.

Forskergruppen stødte på nogle overraskelser undervejs. Normalt et specielt materiale, som et magnetisk eller piezoelektrisk materiale, er påkrævet for en aktuator. I dette tilfælde, de brugte en standard kommerciel polymer, der simpelthen fanger luftbobler, og brugte derefter luft-væske-grænsefladen for de fangede bobler til at omdanne ultralydseffekten til mekanisk bevægelse.

"Vi fandt ud af, at en tynd overflade (30-120 mikrometer effektiv tykkelse) med passende topologisk mønster kan give fremdriftskraft ved hjælp af ultralyd, og tusinder af disse bobler sammen kan skubbe en enhed i millimeter skala, "Qiu sagde." Enkelheden i strukturen og materialet til at udføre denne opgave var en behagelig overraskelse. "

Teamet glæder sig allerede til at udvikle deres aktuator yderligere.

"De næste trin er at øge den funktionelle overflades fremdriftskraft, at integrere aktuatoren i en nyttig biomedicinsk enhed, og derefter teste det i et rigtigt biologisk miljø, herunder in vivo, "Sagde Qiu.

Vedtagelsen af ​​mikrostrukturerede overflader som trådløse aktuatorer åbner lovende nye muligheder i udviklingen af ​​miniaturiserede enheder og værktøjer til fluidiske miljøer, der er tilgængelige med ultralydsfelter med lav intensitet. Disse funktionelle overflader kan tjene som klar til at vedhæfte trådløse aktuatorer, drive miniaturiseret biomedicinsk udstyr til applikationer såsom aktive endoskoper.