最近，來自于中國清華大學(xué)和美國德克薩斯大學(xué)的科學(xué)家在《Light: Science & Applications》上發(fā)表論文，使用激光幫助溶液中的微型機(jī)器人導(dǎo)航，從而使其“游”向目標(biāo)方向。他們的結(jié)果將幫助研究人員開發(fā)“游泳”微型機(jī)器人，用于未來的醫(yī)療診斷，藥物供給，以及精準(zhǔn)手術(shù)等領(lǐng)域。
研究中使用的微型機(jī)人是一種不對(duì)稱粒子（Janus particle），由聚苯乙烯微球做成。微球的一半鍍有金膜，另一半?yún)s沒有（如圖2所示）。通過控制光照條件，這樣的微型機(jī)器人可以實(shí)現(xiàn)“游泳態(tài)”（swimming state）和“轉(zhuǎn)動(dòng)態(tài)”（rotation state）的轉(zhuǎn)變。
在非聚焦光照下，由于金膜和聚苯乙烯對(duì)光的吸收不一樣，因此，在微球內(nèi)部就產(chǎn)生了一個(gè)溫度梯度，聚苯乙烯一段溫度較低，金膜一端溫度較高。當(dāng)這樣的微球處在十六烷基三甲基氯化銨（cetyltrimethylammonium chloride）水溶液中，就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)電場(chǎng)，驅(qū)動(dòng)微球前行，這就是“游泳態(tài)”。（如圖2所示）
在聚焦光束（如圖4所示，其中綠色區(qū)域表示聚焦后的光斑）的照射下，由于只照射微球的局部，造成微球發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，這就是“轉(zhuǎn)動(dòng)態(tài)”。一方面，在運(yùn)動(dòng)的開始，研究人員需要利用“轉(zhuǎn)動(dòng)態(tài)”將微球轉(zhuǎn)向目標(biāo)方向。另一方面，由于布朗運(yùn)動(dòng)（Brownian motion）的影響，“游泳態(tài)”的微球會(huì)在前進(jìn)的過程中發(fā)生方向的隨機(jī)變化。此時(shí)，研究人員需要利用“轉(zhuǎn)動(dòng)態(tài)”修正微球的運(yùn)動(dòng)方向。
過去的十多年間，由于具有廣闊的應(yīng)用前景，可以自主產(chǎn)生動(dòng)力，并在溶液中“游泳”的微型機(jī)器人受到了科學(xué)家們?nèi)找嬖鲩L的關(guān)注。然而，如何為這些機(jī)器人導(dǎo)航成為了其中一項(xiàng)關(guān)鍵的問題。為此，研究人員提出了各種方案，包括使用磁場(chǎng)，電場(chǎng)，或者超聲波引導(dǎo)這些微型機(jī)器人沿著目標(biāo)方向。新的研究使用了激光，這一做法的一個(gè)好處是，可以得到更高的空間和時(shí)間分辨率，以及可以開發(fā)一個(gè)用于多任務(wù)并行的微型機(jī)器人組。
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