“全地形微型飞机在多而杂的地形上翻滚”

翻滚移动的新型全地形微型飞机有助于开发用于各种应用的小型仪器。

微型磁力滚动机器人或tum(microtum )约为400 800微米，或百万分之一米，小于销钉头部。 连续旋转的磁场推动微管从一端滚动到另一端或侧向滚动。 这有助于微气流通过凸部和槽等凹凸不平的表面。 这是其他形态运动的难点。

tum可以在干燥潮湿的环境中穿越许多复杂的地形，普渡大学机械工程学院副教授兼普渡大学多尺度机器人和自动化实验室主任david cappelleri说。

2月3日在线发表的《micromachines》期刊的研究论文中详细介绍了研究结果。 这篇论文由purdue研究生chenghao bi撰写的博士后研究员maria guix博士生benjamin v. johnson劳伦斯理工大学机械工程助理教授wuming jing和cappelleri。

扁平，大致哑铃形的微泡由聚合物制成，具有两个磁性端部。 非磁性中段可以用来运送药物等货物。 因为机器人在潮湿的环境中工作得很好，所以有生物医学的潜在应用。

微观和纳米级机器人技术代表着智能自动化系统的新兴行业之一，cappelleri说。 特别是移动微型机器人最近成为生物医学应用的可能候选对象，利用其小尺寸、操纵和自主运动能力。 对照性药物运输是这些纳米和微型机器人的重要应用之一。

药物输送小鼠可以与超声波组合使用，到达体内的目的地。

研究人员研究了机器横向倾斜60度时的性能，表明其在潮湿和干燥环境中都具有令人印象深刻的攀爬能力。

攀登能力很重要，人体表面多而复杂，guix说。 那个起伏很大，很有粘性。

适合多种应用的理想技术是无限制的微型机器人，适应各种环境，操作简单，使用方便。 cappelleri说，被磁场激活的微型计算机已经显示出了希望。

迄今为止探索的概念需要很多复杂的设计和微细加工方法，而tum是利用半导体工业采用的标准光刻技术生产的。 新论文的重点是微机器人的设计、制造和旋转磁场的采用，多谈判，多采用复杂地形的战术执行。

开发这种微型电池的一个重要因素是分子间静电和范德华力的影响，这些分子在微米尺度上普遍存在，但在日常生活的宏观尺度上并不普遍。 这些力会在影响其动作的微小零件之间造成静摩擦。 研究者模拟了这种力量的影响。

guix说，在干燥条件下，这些力量对将微球移动到体内的预定位置非常具有挑战性。 它们在流体介质中表现得更好。

由于微小的机器人含有这样少量的磁性材料和表面积，为了使它们移动，需要比较强的磁场。 然后，生物流体和表面阻力运动。

这个有问题。 因为微型机器人在实际的商业环境中很成功，移动性很重要。 cappelleri先生说。

克服这个问题的一个方法是采用翻滚运动，需要比其他需要更低的磁场强度。 机器人性能的另一个关键是连续旋转的磁场。

bi表示，与microtum不同，其他微型机器人在交变磁场下采用摇摆运动，导致机器人与表面失去接触，重新获得。 虽然tum用的连续旋转场比交替场更难实现，但只要没有尖锐的坠落和悬崖，翻滚机器人总是拥有与地面接触的点，这一点是值得权衡的。 这种持续的接触意味着tum设计利用自身与其下表面之间一定的粘结力和摩擦力攀登陡峭的倾斜地形。

微粒在主干纸表面进行试验，在水和硅油中进行试验，测定和表征在不同粘度流体环境下的能力。 结果表明，硅油等高粘度流体限制了机器人的最大速度，空气体等低密度介质限制了机器人能够攀登的陡峭度。

microtum可以通过高级粘合功能升级，执行生物医学应用的药物运输。

未来的事业将聚焦于tum的动态建模，预测许多复杂地形上的运动轨迹，应对不同环境界面中存在的独特课题。 其他目标包括开发基于视觉的控制系统，使用摄像机和传感器进行准确的导航，使用这样的机器人精细操作物体，用于潜在的工业应用。 也将研究机器人中间部的替代设计。

对于所有可能的设计结构，机器人的中间部分都保持非磁化状态，为了探索将来有效载荷嵌入机器人领域的可能性，cappelleri先生说。 符合要求的材料或可溶解的较有效载荷置换这个区域分别可以改善动态行为和体内药物的运输，在微物体的操作和生物医学的应用方面有很深的潜力。