论文部分内容阅读
微纳机器人由于其在药物递送、无创手术、微纳操控以及生物感知等应用中存在着巨大潜力而在近十几年中被广泛研究。在传统的研究中,为了克服微纳尺度物体在低雷诺数环境下所受到粘滞力从而获得非往复运动,螺旋形手性结构常被用来作为基于旋转磁场控制的微纳机器人的必备结构。在近几年中,基于旋转磁场的非手性微纳机器人也因为其简单的制造方式以及良好的游动性能与可操控高性能而受到了广泛的关注。本论文利用光刻技术和电子束蒸镀技术制备2D非手性微型机器人,在结构设计中引入了弧形结构,并将所制备的包含弧形结构的月牙形微型机器人与L-形微型机器人的游泳性能进行对比。本论文采用旋转磁场对微型机器人进行控制,首先对微型机器人在边界上和在远离边界的液体中的前进平移速度进行测量,验证其速度的一致性。然后分别研究了月牙形微型机器人与L-形微型机器人的前进平移运动以及漂移运动。本文还对月牙形微型机器人的最优游动姿态进行了研究,分别将月牙形微型机器人在不同游动姿态下的前进平移速度进行了对比。最后,本论文采用μ-PIV技术对L-形微型机器人在旋转磁场的控制下进行旋转运动所导致的流体运动进行了实验手段的分析。本论文通过对非手性微型机器人的研究,分析得到了如下的结论与成果:(1)在相同的特征尺寸下,引入了弧形结构的月牙形微型机器人的前进平移速度较L-形微型机器人有大幅度的提高,并且月牙形微型机器人的前进平移速度随着其内圆半径的减小而增大;(2)提出了采用折线形轨迹控制策略来间接消除微型机器人漂移运动的影响;(3)率先采用实验手段对非手性微型机器人运动时的流体动力学进行了研究,结论表示非手性微型机器人每旋转一圈所导致的流体位移是相同的。本论文的主要创新点在于通过对非手性微型机器人的结构进行研究,提出了引入弧形结构来提升非手性微型机器人的游动性能,为未来进一步发展非手性微型机器人的形状结构设计提供重要参考意义。同时,本论文首先采用实验手段对非手性微型机器人的流体动力学进行了研究,为非手性微型机器人的发展与设计提供了理论与实验基础,是发展非手性微型机器人所不可或缺的一项重要研究。