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中科院沈陽自動(dòng)化所劉連慶研究員：利用氣泡作為微型機(jī)器人實(shí)現(xiàn)

更新時(shí)間：2022-12-26點(diǎn)擊次數(shù)：1501

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工業(yè)機(jī)器人已被廣泛應(yīng)用于制造和組裝，但是在微觀尺度上，大多數(shù)組裝技術(shù)只能將微模塊簡單的排列在一起設計能力，很難將其裝配在一起形成一個(gè)不易分散的實(shí)體。近日範圍，中國科學(xué)院沈陽自動(dòng)化研究所劉連慶研究員領(lǐng)導(dǎo)的微納米機(jī)器人課題組利用激光產(chǎn)生和控制的氣泡作為微型機(jī)器人求得平衡，將不同形狀和功能的微小零件裝配在一起。這些微小零件是通過PμSL 3D打印技術(shù)（摩方精密空間廣闊，nanoArch S130）制備而成至關重要。在這項(xiàng)研究中，表面氣泡充當(dāng)芯片上的微型機(jī)器人服務品質。這些微型機(jī)器人可以移動(dòng)的發生、固定、抬起和放下微型零件影響，并將它們集成在一起新的動力，形成緊密連接的實(shí)體。

以燕尾形零件的裝配過程為例（圖1）發展契機，氣泡機(jī)器人首先將帶有榫舌的微型零件抬起廣泛關註，而后另一個(gè)移動(dòng)微氣泡機(jī)器人將帶有卯眼的微型零件移動(dòng)至指。定的位置發力，原先的微氣泡在激光關(guān)閉后緩慢消失從而使得榫舌結(jié)構(gòu)插入卯眼中能運用。用此方法裝配的微型零件可以作為一個(gè)整體運(yùn)動(dòng)而不會(huì)分離。類似地智能設備，將不同類型的零件整體組裝可以得到不同的結(jié)構(gòu)不可缺少，例如齒輪、蛇形鏈條和車輛特點，然后由氣泡微型機(jī)器人驅(qū)動(dòng)它們以執(zhí)行不同形式的運(yùn)動(dòng)積極回應。這種組裝技術(shù)既簡單又有效，有望在微操作又進了一步、模塊化組裝和組織工程中發(fā)揮重要作用多種場景。該工作以“Integrated Assembly and Flexible Movement of Microparts Using Multifunctional Bubble Microrobots"為題發(fā)表在ACS Applied Materials & Interfaces上。https://doi.org/10.1021/acsami.0c17518


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圖1. 裝配過程和實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)示意圖規劃。A) 燕尾形零件的裝配過程擴大公共數據。B) 系統(tǒng)的示意圖大幅拓展。
 
當(dāng)激光照射在非晶硅表面時(shí)，由于光熱效應(yīng)更加堅強，在固液界面處會(huì)產(chǎn)生一個(gè)氣泡與時俱進，并可在激光的控制下進(jìn)行移動(dòng)。當(dāng)氣泡產(chǎn)生在微模塊的底部時(shí)初步建立，氣泡可將微模塊抬起綜合運用。本研究利用氣泡產(chǎn)生過程快而溶解過程慢的特點(diǎn)，先控制一個(gè)氣泡將微零件抬起的方法，然后利用第二個(gè)氣泡移動(dòng)另一個(gè)微零件實事求是。當(dāng)?shù)谝粋€(gè)氣泡緩慢消失時(shí)，第一個(gè)零件緩慢落下落到實處，兩個(gè)微零件能夠裝配在一起服務水平。利用氣泡對(duì)微零件的三維操作能力，將二維組裝變?yōu)槿S裝配技術創新。


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利用不同形狀的微零件處理方法，可以得到齒輪（圖2）、鏈條（圖3）和小車（圖4）等不同的結(jié)構(gòu)持續向好，這些結(jié)構(gòu)在氣泡的驅(qū)動(dòng)下可以進(jìn)行多種靈活的運(yùn)動(dòng)習慣。


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圖2. 齒輪結(jié)構(gòu)的裝配過程及運(yùn)動(dòng)
 


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圖3. 鏈條結(jié)構(gòu)的裝配過程及運(yùn)動(dòng)


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圖4. 小車結(jié)構(gòu)的裝配過程及運(yùn)動(dòng)
 
總而言之，該研究利用微小氣泡作為機(jī)器人進展情況，對(duì)微零件進(jìn)行抬起的積極性、移動(dòng)、固定等操作生產效率，并利用氣泡機(jī)器人的三維操作能力使命責任，將多個(gè)零件裝配成整體，提供了一種新的微尺度操作和裝配技術(shù)使用。
（以上相關(guān)介紹內(nèi)容由中科院沈陽自動(dòng)化所微納米機(jī)器人課題組代利國博士提供）

上述研究工作涉及的PμSL微尺度3D打印技術(shù)由摩方精密提供合規意識，因此摩方公司就這一創(chuàng)新型成果對(duì)中科院沈陽自動(dòng)化所微納米機(jī)器人課題組進(jìn)行了更進(jìn)一步的補(bǔ)充訪談，以下為部分內(nèi)容：


1基本情況、BMF：請問利用氣泡作為微型機(jī)器人來操縱微型零件有哪些優(yōu)勢現場？潛在的應(yīng)用有哪些高端化？

代博士：氣泡作為微型機(jī)器人力量，可以對(duì)單個(gè)的零件進(jìn)行多種形式的操作，特別是可以控制微模塊的三維姿態(tài)提單產，這是其相比于其他微納操作技術(shù)的優(yōu)勢深入實施。其可以用于操作細(xì)胞、顆粒和微模塊等發展空間，在生物醫(yī)學(xué)效果、組織工程等領(lǐng)域都有應(yīng)用前景有所應。

2、BMF：請問在這次研究中合作關系，為什么采用微尺度3D打印的制備方式著力提升？

代博士：我們設(shè)計(jì)的零件包含各式各樣的微米尺度接頭，比如燕尾形的榫舌和卯眼等傳遞，其中最小細(xì)節(jié)尺寸30μm融合，并且這些結(jié)構(gòu)有尺寸配合的要求。摩方公司的3D打印技術(shù)可以很好的滿足我們的要求相關性，尺寸和形狀都可以按照設(shè)計(jì)進(jìn)行靈活加工完成的事情，誤差也在可控范圍內(nèi)。此外穩定，面投影光刻3D打印技術(shù)可以批量化快速制作零件改造層面，有助于實(shí)驗(yàn)的順利完成。

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