清華大學(xué)深圳國(guó)際研究生院副教授曲鈞天團(tuán)隊(duì)圍繞磁流體液滴機(jī)器人在大規(guī)模、獨(dú)立與可編程操控方面的關(guān)鍵技術(shù)難題，成功開(kāi)發(fā)出一套基于電磁線(xiàn)圈陣列的可編程操控平臺(tái)。通過(guò)靈活部署液滴機(jī)器人，該平臺(tái)在數(shù)字圖案顯示、信息編碼及流體操作等領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大應(yīng)用潛力。相關(guān)研究成果近日發(fā)表于《IEEE機(jī)器人學(xué)匯刊》。
團(tuán)隊(duì)首先構(gòu)建了一種高密度分布式電磁線(xiàn)圈陣列，用于在毫米尺度上實(shí)現(xiàn)液滴機(jī)器人大規(guī)?？删幊滩倏?。該平臺(tái)集成了144個(gè)小尺寸電磁線(xiàn)圈，能夠在113×113平方毫米的工作空間內(nèi)生成多個(gè)局部磁場(chǎng)，從而實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)獨(dú)立驅(qū)動(dòng)。
其次，團(tuán)隊(duì)深入探究了液滴機(jī)器人在局部磁場(chǎng)作用下的運(yùn)動(dòng)規(guī)律與變形機(jī)理。通過(guò)調(diào)節(jié)相鄰線(xiàn)圈電流的方向與幅值，可以誘導(dǎo)液滴發(fā)生可逆分裂與合并。研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)兩個(gè)線(xiàn)圈施加方向相反的電流時(shí)，可驅(qū)動(dòng)液滴產(chǎn)生拉伸形變。進(jìn)一步調(diào)節(jié)磁場(chǎng)強(qiáng)度比，可精確控制分裂后的液滴體積比。為了實(shí)現(xiàn)多個(gè)液滴機(jī)器人的協(xié)同路徑跟蹤，團(tuán)隊(duì)提出了一種基于視覺(jué)反饋的離散閉環(huán)控制策略，使4個(gè)液滴機(jī)器人成功完成了復(fù)雜路徑跟蹤，誤差控制在1毫米以?xún)?nèi)。
最后，團(tuán)隊(duì)展示了液滴機(jī)器人在自主排序、圖案重構(gòu)、數(shù)字顯示、摩斯編碼和流體混合等復(fù)雜任務(wù)場(chǎng)景下的高效協(xié)同能力。在流體混合實(shí)驗(yàn)中，多個(gè)液滴機(jī)器人分別從不同通道泵入染料，并在混合區(qū)完成主動(dòng)攪拌，展現(xiàn)出該平臺(tái)在數(shù)字微流控、反應(yīng)調(diào)控與材料合成等領(lǐng)域的應(yīng)用前景。
相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1109/TRO.2025.3584430
編輯：李華山
