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运动导向的微型机器人可以是推进式光

<p>进入黑暗之中:以罗马双面神性命名的半涂Janus颗粒,自动导航到光源斯图加特的研究人员发现了这种趋势行为,也来自活微生物,也是在合成制造的微观测量器中研究人员揭示了将合成微观测光仪引向光明或黑暗的简单方法将趋向行为引导一些细菌进入光线,将其他细菌引入黑暗中:这使得它们能够尽可能有效地利用太阳能进行新陈代谢,或者保护它们免受光照过强的影响</p><p>由马克斯普朗克智能系统研究所和斯图加特大学的Clemens Bechinger以及杜塞尔多夫大学的同事领导的研究人员现在发现了一种令人惊讶的简单方法,可以将合成微观测量仪导向光线或黑暗</p><p>他们的研究结果最终可能导致寻求的小型机器人人体内的病变能够以一种随机方向移动而不是随意游动的能力对许多微生物至关重要“进化已经付出了巨大的努力来赋予运动细菌自我定位的能力,” Clemens Bechinger精子细胞是一个很好的例子他们有一个有效的鞭毛形式的推进系统然而,如果没有一种导向卵子的方法,这对他们来说没有什么好处,因为他们施肥的机会将是非常苗条的化学卵子释放引诱剂的方式精子只是遵循这些物质的浓度梯度细菌也是由鞭毛驱动的,甚至开发了一系列控制系统 - 一些基于增加或减少营养素浓度,另一些基于引力,地球的磁场或光源Clemens Bechinger的团队赋予了合成产生的粒子th:一个运动系统和一个方向感,例如沿着磁场或朝向光线这导致微小的机器人可以通过简单的外部信号通过液体转向.Janus粒子的黑色半部分更强烈地加热但是直接复制自然几乎没有希望生物体在优选方向上移动所使用的感知装置和运动系统太复杂了“相反,我们正在开发能够以最小的努力实现趋光性的微型模拟器,”Bechinger解释说由马克斯普朗克研究员领导,现在已经实现了这个目标它的微型模拟器设计出奇的简单它们是直径千分之几毫米的透明玻璃珠,其运动系统也可作为指南针研究人员通过加盖为微型模拟器提供两种功能一半带有黑色碳层,使得颗粒让人联想到月牙卫星,当均匀照射时,这种简单构造的所谓的Janus颗粒通过水和可溶性有机物质的混合物移动,因为光比另一侧更强烈地加热颗粒的黑色一半</p><p>热量将水和有机物分开,导致珠子两侧溶质浓度的差异浓度梯度由沿着透明半球的球形表面流向黑色侧的液体平衡,就像划艇一样,在划桨的相反方向上移动,粒子游泳透过液体,透明面朝前</p><p>明暗过渡导致定向运动合成微型旋转器以随机方向移动;换句话说,他们有一个运动系统,但没有方向感研究人员通过让Janus粒子沿着一个光梯度游泳,即在垂直于渐变的明暗过渡的方向游泳来解决这个问题</p><p>然后微粒实际上在一个定向中移动这种相对简单的系统具有趋光性能,这就解释了这样一个事实,即位于更明亮照明部分的珠子侧面的热量比侧面更强烈</p><p>较暗的地区 补偿Janus粒子两半之间浓度差异的液体流动在暴露于更多光线的一侧比在暗 - 暗过渡的较暗部分中的粒子一侧移动得更快这种情况类似于当桨不在两侧以相同的速度移动时划艇:它旋转完全与Janus颗粒观察到相同的效果它们旋转直到黑色盖子朝向光线在这个位置,盖子之间的整个界面并且透明部分的亮度均匀,因此补偿液体流量同样强大到处.Janus颗粒然后直接朝向较暗的一侧移动“通过球体的简单修改,我们也能够产生朝向更亮侧的运动“作为Bechinger研究所博士后工作的Celia Lozano说,研究人员创造了一个非常简单的趋光机器人模型作为医学但是,如果光强度低于一定值,则该机制不再有效仅在十分之一毫米左右之后,颗粒开始越来越偏离它们的路线解决这个问题并可靠地导航微型探测器长距离,Celia Lozano使用由激光,透镜和镜子组成的系统来产生具有锯齿轮廓的光场,其中亮度增加和增加的区域然而,增加和减少亮度的区域不均匀地宽</p><p>相对较宽的区域,光照强度降低,粒子以有针对性的方式向暗区移动相比之下,在强度增加的区域,它们从黑暗中游到光中,保持原来的路线,因为这样做“这是因为这些区域增加亮度是如此之窄,以至于粒子在通过过程中没有时间反转它们的方向,“Borge ten Ha解释道gen,已经在计算机模拟中证实了这种效果总体而言,微型模拟器因此在一个方向上连续移动整个系统非常简单的事实使得应用程序很有意思“数百万个这样的微型模拟器可以轻松生产”,Bechinger说这种可靠控制的微粒群可用于模拟各种物种的群集行为,因为研究人员开发的定向机制不仅可以在明暗过渡中发挥作用,而且可以在化学浓度梯度中起作用,例如在附近肿瘤,制造机器人的视野,血管大小,巡逻血管,以检测和治疗病变,如肿瘤,也已触手可及</p><p>出版物:Celia Lozano等,“Phototaxis of synthetic microwimmers in optical landscapes”,Nature通讯7,货号:12828; doi:101038 / ncomms12828来源:

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