港中大&马普所《Science》子刊: 双模态驱动策略实现液滴的三维操纵

材料科学与工程 · 公众号 · · 2024-08-11 22:27

正文

请到「今天看啥」查看全文

德国马克斯普朗克智能系统研究所Metin Sitti教授和香港中文大学张立教授团队提出了一种双模态驱动策略，用于远程和可编程地三维引导单个和集群铁磁流体液滴。通过结合磁场和光场，这种方法可以控制液滴的三维运动和形变。磁场产生的磁偶极力促使液滴形成集体，而光场对磁流体液滴产生加热作用从而增强浮力，同时通过Marangoni流动触发界面张力的等温变化，促进液滴在三维空间中的运动。此外，这些液滴可以作为软机器人自主运行，能够运输物体。或者，当与水凝胶外壳结合时，它们会组装成由阳光驱动的水母状机器人。本研究突破了现有液滴控制方法主要局限于二维变形和运动的瓶颈，实现了液滴机器人在三维空间中的操控。这种双模态驱动策略不仅可以单独控制液滴，还可以操控多个液滴的集群行为，扩展了液滴在微型机器人领域的应用范围。特别是，通过结合磁场和光场，实现了液滴更加复杂的运动模式和集群行为，为微型软机器人在复杂环境中的应用提供了新的可能性。

示意图和实验结果显示了双模态驱动液滴的单体运动和群体组装行为。A. 双模态驱动液滴通过耦合磁场和光场进行三维运动和选择性控制。光场为液滴提供向上的浮力，磁场提供磁偶极力。因此，单个液滴可以像“Flappy Bird”一样穿越复杂的三维地形，多个液滴可以组装成金字塔结构并保持悬停或与水凝胶模块一起作为水母机器人。B. 实验结构显示液滴可以穿越复杂的地形，或自组装成液滴聚集体然后保持悬浮状态，或与水凝胶壳组装成在阳光下自由移动的水母状机器人。