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羅克韋爾/Allen Bradley
當你想到機器人時，腦海中可能會出現(xiàn)R2-D2或C-3PO的形象。但機器人能提供的不僅僅是大屏幕上的娛樂。實際上在實驗室里，機器人系統(tǒng)可以通過執(zhí)行重復性任務(wù)和處理惡劣的化學品來提高安全性和效率。但在機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，即使是最復雜的機器人也會耗盡能量。
多年來，科學家們一直想制造一個可以自主和連續(xù)工作而不需要電力輸入的機器人。
現(xiàn)在，正如《Nature Chemistry》最近報道的那樣，美能源部勞倫斯伯克利國家實驗室和馬薩諸塞大學阿默斯特分校的科學家們已經(jīng)證明了這一點--通過“水上行走”的液體機器人。這個機器人像微型潛水艇一樣可以潛入水底取回珍貴的化學品，然后浮出水面并一次又一次地將化學品送上岸。
該技術(shù)是第一個無需電力就能連續(xù)運行的自供電的水基機器人。它具有作為自動化化學合成或藥物輸送系統(tǒng)的潛力。
這項研究的論文高級作者Tom Russell說道：“我們已經(jīng)打破了設(shè)計一個液體機器人系統(tǒng)的障礙，該系統(tǒng)可以通過使用化學來控制物體的浮力而自主運行。”據(jù)悉，Russell是馬薩諸塞大學阿默斯特分校的客座科學家和聚合物科學與工程教授，負責領(lǐng)導伯克利實驗室材料科學部的自適應界面組合向液體結(jié)構(gòu)化項目。
Russell表示，這項技術(shù)大大推進了被稱為“液體機器人”的機器人設(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)的液體機器人，但只有一次；一些液體機器人雖然可以連續(xù)執(zhí)行任務(wù)但需要電力來繼續(xù)運行。相比之下，“我們不必提供電能，因為我們的液體機器人可以從周圍的介質(zhì)中以化學方式獲得動力或‘食物’，”Russell解說道。
通過在伯克利實驗室材料科學部的一系列實驗，Russell和第一作者Ganhua Xie了解到，“喂食”液體機器人的鹽使液體機器人比它們周圍的液體溶液更重或更密。
伯克利實驗室分子鑄造廠的共同研究者Paul Ashby和Brett Helms進行的其他實驗則揭示了液體機器人如何來回運輸化學品。
由于液體機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--會聚集在溶液的中間，在那里它們充滿了選定的化學物質(zhì)。這引發(fā)了一個反應，進而產(chǎn)生了氧氣泡，就像小氣球一樣將液體機器人提升到表面。
另一個反應則是將液體機器人拉到一個容器的邊緣，在那里它們會“降落”并卸下它們的貨物。
液態(tài)機器人可以來回走動，就像時鐘的鐘擺一樣，只要系統(tǒng)中有“食物”就可以連續(xù)運行。
根據(jù)配方，一系列的液體機器人可以同時執(zhí)行不同的任務(wù)。如一些液體機器人可以檢測環(huán)境中不同類型的氣體，而另一些則對特定類型的化學品作出反應。這項技術(shù)還可能讓自主、連續(xù)的機器人系統(tǒng)能為臨床應用或藥物發(fā)現(xiàn)和藥物合成應用篩選小型化學樣品。
Russell和Xie接下來計劃研究如何將該技術(shù)擴展到更大的系統(tǒng)并探索它將可以在固體表面上工作的方式。
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