6、超声驱动微纳机器人：原理、应用与挑战

超声驱动微纳机器人：原理、应用与挑战

1. 气泡流驱动机器人

气泡流驱动机器人是一种利用超声产生的微流来实现运动的微纳机器人。研究人员不仅致力于开发微观和纳米级别的气泡流，还将微流应用于推动宏观物体。例如，Qiu 等人设计了包含数千个微气泡的功能表面（4mm×4mm），每个气泡直径为数十微米，共振频率在 50 - 100kHz 之间。通过同时振荡表面上的所有气泡，可以产生显著的推进力，由这些功能表面组装而成的宏观流道展示了 0.5mN 的推进力。

气泡流驱动机器人具有多种独特功能：
- 模式转换 ：可以从 2D 模式（在表面滑动）转换为 3D 模式（在自由空间中游泳）。
- 实时操控 ：气泡共振频率的窄带宽使用户能够选择性地激活流道中的气泡，实现实时操控。例如，Liu 等人通过 3D 激光打印制作的结构，包含三种不同尺寸的气管，通过独立或同时激活三种类型的气泡，微流可以提升、平移和旋转机器人。
- 货物拾取与运输 ：气泡流可以在不影响周围物体的情况下，拾取特定目标并将其运输到新位置。目标可以通过推进力推动或声学吸引力拖动，Ren 等人证明了微观气泡流可以推动或拖动微粒/癌细胞，并独立地重新定位多个目标。

气泡流驱动机器人具有诸多优势：
- 低压力驱动 ：由低压行波声波提供动力，不受流体容器形状的影响，可独立于其他物体运动。
- 尺寸范围广 ：尺寸从几毫米到几百纳米不等，适用于多种应用，如组织样本去除、单细胞分离和细胞内药物递送。
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