沈阳自动化所利用激光开发出气泡微型机器人可

机器人被广泛用于在工厂中制造汽车、喷漆飞机和缝制衣服，生物医学应用这类的微观部件的组装尚未实现自动化。利用激光可能会是解决方案。来自沈阳自动化研究所的研究人员已经使用激光从气泡中产生微型机器人，该气泡将小块提起，掉落并操纵成相互连接的结构。该研究成果2020年12月10日在ACS Applied Materials＆Interfaces上。

在先进的工厂中，各种机器人已广泛用于不同的工业生产过程中，例如零件的制造、处理和组装。近来，微型操作和组装技术因其广阔的应用前景而备受关注。例如，微组装技术在生物组织工程中可以发挥重要作用。为了实现精确、有序和可控制的自下而上的组装过程，采用了多种方法，例如多相系统，已使用微流控芯片、磁性、声学、操纵器和光诱导电泳，从而控制了微模块的运动和位置。，需要一种操作单个模块并组装多个模块的方法来生产功能性三维（3D）组织。

气泡在微操作和组装中也起着重要作用。例如，当气泡在光或声音的激发下被驱动时，气泡可用来操纵微粒和细胞。除了微粒的传输和图案化外，气泡还可以对微块进行二维（2D）处理和图案化。与其他技术相比，基于气泡的微机器人优点是可以操纵单个微模块并控制其3D姿态。，无论是2D组装还是3D组装，都无法直接组合模块以形成整体且难以分离的结构。，将微零件组装成连接的实体仍然是一个挑战。

为了将独立的组件连接起来，然后作为一个单一的实体移动它们，并且为了实现气泡微机器人3D操作和构建能力，来自中科院沈阳自动化研究所的研究人员提出了一种将独立组件集成到不易分离的组装实体中的新方法。具有尾巴和插座的两个微型零件的集成组装过程如下视频所示。

，将带有尾部的部分和带有承窝的部分放置在一起。，在带有尾部的微零件下生产具有举升功能的气泡机器人，该机器人就像千斤顶一样举起微零件。然后，另一部分被另一个移动气泡机器人推到指定位置。最终，随着第一个气泡的溶解，举起的部分掉落，使其尾部嵌入插座中。以这种方式，组装了通过燕尾榫接头连接的一对微零件。，组装后的零件形成一个实体，可以在2D平面中任意移动而无需分离。气泡机器人被用作提升千斤顶，以在3D空间中旋转微零件，从而完成了在2D平面中无法实现的复杂组装过程。，还组装了包括齿轮，蛇形链和车辆在内的其他结构，这证明了所提出的方法可用于组装不同类型的微零件。

，利用激光产生的微泡，聚焦和强大的光束，可以在三维空间中旋转形状，如下所示。

激光束聚焦在芯片上，以产生和控制光热产生的表面气泡。为了控制光热生成气泡的生长速率和大小，通过使用信号发生器的方波信号输出来使激光照射变得间歇性。调制信号的占空比越高，则信号的占空比越高。如下图A所示，激光保持在一个周期中的时间比例和气泡的生长速度越快。在使激光器以100 Hz的频率运行1分钟后，由于控制信号的占空比不同，气泡的大小也会发生变化。气泡的增长率也可以通过调整信号的频率来改变。，如果频率太低，气泡的变化会显示出明显的周期性。否则，如果频率太高，则可能无法产生气泡。当频率为100 Hz时，气泡的生长过程是平滑且可调节的。，本文中控制气泡增长率的方法是改变占空比，而气泡的频率保持不变。

▲图2.（A）在不同占空比下产生的气泡。（B）气泡直径在生成和溶解过程中的变化。（C）气泡的体积和溶解时间。（D）液体区域的等温线图。两个图之间的时间差为半个周期。（E）最高和平均温度以及流速随时间变化。（F）温度梯度，流速和方向。（DF）中的占空比为50％。（G）不同占空比下的最大和平均流速。（AC）实验结果和（DG）模拟结果。

研究人员通过将激光聚焦在树脂制成的一小部分下方，从而在水中产生了微气泡。 气泡的大小是通过快速打开和关闭激光来控制的，“开启位置”中的时间越长，气泡越大。 然后，该团队通过移动激光的位置制作了一个移动气泡机器人。 激光关闭后，气泡会慢慢溶解，使树脂滴落到位。 然后，该团队将具有不同功能的多个气泡组合在一起，以生产微型机器人，该机器人可以举起和放下零件，将单个零件移动到指定位置，充当旋转轴或推动组装的对象。 各个关节之间牢不可破的连接产生了三叉和四叉齿轮，蛇形链和微型3D车辆。研究人员说，气泡微型机器人对包括生物组织工程学在内的制造业的未来产生了影响。

蛇形结构的组装和移动

气泡驱动车辆的运动