為了克服微型機器人個體能力不足的問題，科研人員已經(jīng)開發(fā)了多種微型機器人群體系統(tǒng)。然而，之前報道的微型機器人群體的基本組成部分主要是固態(tài)的，以至于群體內(nèi)部個體的形態(tài)邊界明確，個體與個體之間不能真正融合?；谝后w單元的微型機器人群體仍有待探索；這種按需可合并的群體系統(tǒng)將有利于適應(yīng)不斷變化的外界環(huán)境。近期，香港中文大學張立教授團隊提出了一種構(gòu)建可合并的微型機器人群體系統(tǒng)的策略，該系統(tǒng)利用鐵磁流體液滴的分裂和聚合的特性來觸發(fā)水平多模態(tài)和垂直抗重力集體的形成（請見圖1），并展示了該系統(tǒng)的多個功能。相關(guān)成果以題為“Horizontalandverticalcoalescentmicroroboticcollectivesusingferrofluiddroplets”發(fā)表在期刊《AdvancedMaterials》。香港中文大學張立教授為本論文的通訊作者。論文第一作者為香港中文大學博士后孫猛猛。

　　圖1鐵磁流體液滴重新配置成多模態(tài)液滴群體示意圖

 

　　在定制的時變磁場下，磁流體液滴會分裂然后組裝成多種形態(tài)的液滴群體，包括水平面內(nèi)的群體圖案（分別表現(xiàn)出漩渦狀、鏈狀和晶體狀，請見圖2）和豎直面內(nèi)層層堆疊的群體圖案（請見圖3）。通過實驗和模擬，我們展示了不同形態(tài)群體形態(tài)的形成和相互之間的轉(zhuǎn)變，并展示了它們強大的環(huán)境適應(yīng)性。隨后我們展示了多模態(tài)可合并的液滴群體系統(tǒng)的潛在應(yīng)用場景，包括探索未知環(huán)境、目標物體輸送和芯片實驗室中的流體的過濾（請見圖4）。這項工作有助于啟發(fā)新型微型機器人群體系統(tǒng)的設(shè)計，并擴展了微型機器人的材料范圍。

　　圖2在定制磁場下（a），研究了水平面內(nèi)的磁流體液滴聚集形成漩渦狀、鏈狀和晶體狀群體的磁場條件（b）和過程（c）。比例尺：5mm。

　　圖3在定制磁場下（a），研究了豎直面內(nèi)的磁流體液滴聚集形成層層堆疊狀群體的磁場條件（b）和過程（c）。通過調(diào)控磁場參數(shù)，展示了操控豎直面內(nèi)群體整體沿著豎直方向生長（d），在水平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)（e）和抵抗重力傾斜的運動行為（f）。比例尺：5mm。

　　圖4液滴群體系統(tǒng)可以適應(yīng)復(fù)雜多變的環(huán)境（a）并實現(xiàn)流道中流體過濾的功能（b）。比例尺：5mm。