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皓天鑫
當(dāng)你想到機(jī)器人時(shí)，腦海中可能會(huì)出現(xiàn)R2-D2或C-3PO的形象。但機(jī)器人能提供的不僅僅是大屏幕上的娛樂。實(shí)際上在實(shí)驗(yàn)室里，機(jī)器人系統(tǒng)可以通過執(zhí)行重復(fù)性任務(wù)和處理惡劣的化學(xué)品來提高安全性和效率。但在機(jī)器人能夠開始工作之前，它需要能量--通常來自電力或電池。然而，即使是最復(fù)雜的機(jī)器人也會(huì)耗盡能量。
多年來，科學(xué)家們一直想制造一個(gè)可以自主和連續(xù)工作而不需要電力輸入的機(jī)器人。
現(xiàn)在，正如《Nature Chemistry》最近報(bào)道的那樣，美能源部勞倫斯伯克利國(guó)家實(shí)驗(yàn)室和馬薩諸塞大學(xué)阿默斯特分校的科學(xué)家們已經(jīng)證明了這一點(diǎn)--通過“水上行走”的液體機(jī)器人。這個(gè)機(jī)器人像微型潛水艇一樣可以潛入水底取回珍貴的化學(xué)品，然后浮出水面并一次又一次地將化學(xué)品送上岸。
該技術(shù)是第一個(gè)無需電力就能連續(xù)運(yùn)行的自供電的水基機(jī)器人。它具有作為自動(dòng)化化學(xué)合成或藥物輸送系統(tǒng)的潛力。
這項(xiàng)研究的論文高級(jí)作者Tom Russell說道：“我們已經(jīng)打破了設(shè)計(jì)一個(gè)液體機(jī)器人系統(tǒng)的障礙，該系統(tǒng)可以通過使用化學(xué)來控制物體的浮力而自主運(yùn)行。”據(jù)悉，Russell是馬薩諸塞大學(xué)阿默斯特分校的客座科學(xué)家和聚合物科學(xué)與工程教授，負(fù)責(zé)領(lǐng)導(dǎo)伯克利實(shí)驗(yàn)室材料科學(xué)部的自適應(yīng)界面組合向液體結(jié)構(gòu)化項(xiàng)目。
Russell表示，這項(xiàng)技術(shù)大大推進(jìn)了被稱為“液體機(jī)器人”的機(jī)器人設(shè)備家族。在之前的研究中，其他研究人員也有展示了可以自主執(zhí)行任務(wù)的液體機(jī)器人，但只有一次；一些液體機(jī)器人雖然可以連續(xù)執(zhí)行任務(wù)但需要電力來繼續(xù)運(yùn)行。相比之下，“我們不必提供電能，因?yàn)槲覀兊囊后w機(jī)器人可以從周圍的介質(zhì)中以化學(xué)方式獲得動(dòng)力或‘食物’，”Russell解說道。
通過在伯克利實(shí)驗(yàn)室材料科學(xué)部的一系列實(shí)驗(yàn)，Russell和第一作者Ganhua Xie了解到，“喂食”液體機(jī)器人的鹽使液體機(jī)器人比它們周圍的液體溶液更重或更密。
伯克利實(shí)驗(yàn)室分子鑄造廠的共同研究者Paul Ashby和Brett Helms進(jìn)行的其他實(shí)驗(yàn)則揭示了液體機(jī)器人如何來回運(yùn)輸化學(xué)品。
由于液體機(jī)器人的密度比溶液大，所以它們--看起來像小的開口袋，直徑只有2毫米--會(huì)聚集在溶液的中間，在那里它們充滿了選定的化學(xué)物質(zhì)。這引發(fā)了一個(gè)反應(yīng)，進(jìn)而產(chǎn)生了氧氣泡，就像小氣球一樣將液體機(jī)器人提升到表面。
另一個(gè)反應(yīng)則是將液體機(jī)器人拉到一個(gè)容器的邊緣，在那里它們會(huì)“降落”并卸下它們的貨物。
液態(tài)機(jī)器人可以來回走動(dòng)，就像時(shí)鐘的鐘擺一樣，只要系統(tǒng)中有“食物”就可以連續(xù)運(yùn)行。
根據(jù)配方，一系列的液體機(jī)器人可以同時(shí)執(zhí)行不同的任務(wù)。如一些液體機(jī)器人可以檢測(cè)環(huán)境中不同類型的氣體，而另一些則對(duì)特定類型的化學(xué)品作出反應(yīng)。這項(xiàng)技術(shù)還可能讓自主、連續(xù)的機(jī)器人系統(tǒng)能為臨床應(yīng)用或藥物發(fā)現(xiàn)和藥物合成應(yīng)用篩選小型化學(xué)樣品。
Russell和Xie接下來計(jì)劃研究如何將該技術(shù)擴(kuò)展到更大的系統(tǒng)并探索它將可以在固體表面上工作的方式。
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