二极管推进可以为微型发电机提供动力

2017-12-01 12:18:03

作者:Justin Mullins已经发现了一种新的推进形式,它可以让微型机器人探索人体该技术将用于从远处为机器人和其他设备(例如微流体泵)提供动力寻找一种在微观尺度上起作用的推进机制是开发微机器人的关键挑战之一另一种方法是找到一种为这种装置提供能量的方法,因为载有燃料或电池的空间很小现在,位于美国罗利的北卡罗来纳州立大学的Orlin Velev领导的团队发现,一个简单的电子二极管可以克服这两个问题来自英国赫尔大学的Velev和Vesselin Paunov在一个盐水箱中放置了一个二极管,并用一个交替的电场击中了该装置该场在二极管内感应出电流,这与无线电信号在RFID(射频识别)芯片中感应电流的方式非常相似这反过来在二极管的电触点之间建立电场并产生推进力这种力的产生是因为磁场在一个方向加速水中的离子,在另一个方向上推动二极管,这种现象称为电渗透 “我们达到了每秒几毫米的速度,”Velev说他甚至将许多二极管连接在一起,制成一个旋转的环 “我们可以将这些设备用作微流体设备内的泵,”他说在这里观察两个LEDS(0.6 MB wmv文件)和12个二极管在这里形成一个旋转环(1.3 MB wmv文件)您可以在Velev实验室网站上看到所有视频其他人对这项工作印象深刻 “这是一个非常巧妙的想法,”美国剑桥麻省理工学院的机械工程师Gareth McKinley说 “这是一种你认为'我希望我能想到'的工作”但是仍然存在重大挑战 Velev的二极管尺寸为毫米级,但任何设计用于在人体内工作的机器人都必须小一个数量级在过去,试图收缩推进机制已经遇到了流体动力学的基本障碍:流体在较小的尺度上变得越来越粘稠 “这就像穿过蜂蜜一样,”韦列夫说但是对团队测量结果的推断表明,推进力在较小的尺度下也能正常工作 “推进力与阻力完全相同这非常重要,“麦金莱说另一个挑战是当水的离子含量高时,电渗透仅在较高的pH水平下发生将pH值从酸性变为碱性可逆转推力方向,当pH值约为6时,推力为零血液仅为弱碱性,因此Velev必须进行调整以在体内产生显着的推进力他认为可以通过用聚合物覆盖二极管来克服问题,该聚合物可以改变发生零推力的pH值 McKinley认为该技术具有潜力,因为电场还可以为监测温度和pH等因素的板载传感器提供电力甚至可以为基于这些测量做出决策的逻辑操作提供动力 Velev已经展示了该领域如何为发光二极管供电,因此可以通过颜色轻松区分不同类型的推进机器人如果有几个在同一电场工作,LED还为团队提供了独立控制二极管的方法关闭该字段会导致它们全部停止但是将激光聚光灯照射到单个LED上会导致其停止运动而其他LED继续移动,因为光子会干扰LED内的电子传输,从而基本上将其关闭其他类型的微型推进剂都面临重大障碍一个想法利用了磁场中的电流经受力的现象我们的想法是在磁场中对机器人进行洗澡,然后接通电流以产生力 “问题是你需要给电流供电,这需要一块板载电池你是怎么做到的“麦金莱问道超声波可以在液体中产生压力梯度,可以移动颗粒这里的问题是超声波很难聚焦,也可能导致气泡形成和坍塌,这个过程称为气穴,可以破坏细胞另一种选择是携带过氧化氢的机载供应,其分解成蒸汽和氧气驱逐这些气体会产生一种力 - 以同样的方式推动航天飞机工作的姿态但是燃料占用了可用于传感器的空间 “二极管推进比所有这些都具有潜在优势,”麦金利说期刊参考:Nature Materials(DOI: