声学驱动的微型机器人胜过自然微型游泳者

科学家们设计了3 d打印的聚合物微型机扑底部有一个球形腔和一个小的管状喷嘴。由于被液体(如水)包围，空腔内会形成球状气泡。一旦机器人接触到约330千赫的声波，气泡就会脉动，将管内的液体推向微型机器人的后端。液体的运动将子弹以每秒90个身长的速度向前推进。这是一种比藻类或细菌等自然微生物的推力强两到三个数量级的推力。它们都是自然界中最高效的微游泳者，通过进化而得到优化。

利用超声波来驱动微型机器人并不是一种新方法。然而，以前具有游泳能力的机器人表现得相对缓慢，难以在水面附近控制，操作时间也相对较短，只有几分钟。所有这些因素都是它们在靶向药物输送、解毒或非侵入性手术等医疗应用中的障碍。MPI-IS物理智能部门的科学家，amreza Aghakhani博士，Oncay Yasa, Paul Wrede和部门主任Metin Sitti博士，能够微调他们的机器人的转向能力，同时将操作时间增加到几个小时。

除了设计一个内部空腔捕捉一个带有小开口的球形气泡外，他们还在微型机器人的圆柱形身体表面添加了一个小鳍，这使推进方向发生了偏差。他们还在聚合物子弹的顶部涂上了一层软磁纳米膜。在周围外部磁场的帮助下，他们能够改变子弹的向左或向右，以及向上或向下的方向。

在几个实验中，研究人员测试了他们的机器人在一个类似血管的微通道内的不同表面上移动的能力。他们将机器人暴露在声波和磁场中，并成功地在这个有限的3D空间中导航。他们还表明，当微型机器人移动时，货物的捕获会自动发生。当超声波将液体挤出机器人的腔体时，会在底部产生一个圆形的微流模式(见图2)。这个电流确保周围的药物颗粒被引导向机器人。在那里，粒子聚集在一起，随着机器人的移动被带走。多亏了这一技术，该机器人有一天可能被用于收集血液中的抗癌药物颗粒，并专门将药物运送到癌症部位，在近距离释放药物，以达到最大的冲击。

物理智能学系博士后阿米瑞扎·阿哈哈尼博士(Dr. amirza Aghakhani)是这篇论文的联合首席作者，他总结了微型机器人的特点:“我们可以非常高效地驱动微型机器人，它们也非常快。超声波对身体无害，可以穿透身体深处。我们可以以可控的方式在平面和曲面上移动这些机器人，我们还可以装载不同的货物，比如毒品。这是令人印象深刻的。”

另一个好处是超声波成像。在人体内部，当机器人只有几微米大小时，成像是非常具有挑战性的。“然而，被捕获的气泡可以起到造影剂的作用，让机器人和它的位置更清晰可见，”Aghakhani博士补充道。

Metin Sitti博士总结道:“我们的愿景是在不久的将来，在人体内部部署这种声能驱动和磁性控制的微型机器人，用于各种非侵入性医疗应用。”