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多自由度梯度磁場控制系統(tǒng)
MagnebotiX MFG100 多自由度梯度磁場控制系統(tǒng)，由瑞士蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院研發(fā)，能夠產(chǎn)生靜態(tài)或時(shí)變磁場，應(yīng)用于微納米機(jī)器人開發(fā)、微操作程序等。這些系統(tǒng)能提供5個(gè)自由度的力和扭矩，用于顆粒定位、流體動(dòng)力學(xué)研究等。系統(tǒng)包括一個(gè)桌面磁場產(chǎn)生單元、電力電子和一個(gè)控制軟件用戶界面，該系統(tǒng)能夠在直徑約為10毫米的球形工作空間內(nèi)產(chǎn)生任意方向的磁場和磁場梯度。

磁場在轉(zhuǎn)動(dòng)自由度(DOF)下不受約束，因此系統(tǒng)可以在5個(gè)自由度(3個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度位置，2個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度方向)的粘性液體中懸浮和控制磁性物體。利用時(shí)變信號，實(shí)現(xiàn)了磁性物體的旋轉(zhuǎn)或步進(jìn)驅(qū)動(dòng)。使用我們的Daedalus-2軟件及其基于插件的體系結(jié)構(gòu)，可以實(shí)現(xiàn)多種控制策略，從手動(dòng)開環(huán)控制到定制解決方案，以便沿著預(yù)定義的路徑對磁性對象進(jìn)行全自動(dòng)伺服。MagnebotiX MFG100-I適用于倒置結(jié)構(gòu)，例如倒置顯微鏡。

應(yīng)用范圍

• 通過磁力和力矩對空氣或液體中磁性小物體的影響來研究磁性微驅(qū)動(dòng)策略。

• 從粘性液體中選擇性分離和提取天然磁性或有磁性標(biāo)記的生物和非生物物體。

• 借助于無繩的磁力末端執(zhí)行器，對液體中的非磁性物體進(jìn)行機(jī)械操作和提取。

• 研究小物體與無繩的磁性末端執(zhí)行器相互作用時(shí)的力學(xué)性能

• 機(jī)械生物學(xué)在單細(xì)胞或工程化組織層上進(jìn)行研究，例如與微生物和細(xì)胞的直接機(jī)械相互作用，以及使用無繩的磁性末端效應(yīng)器對其行為反應(yīng)的研究。

場生成和控制模式

場控制 在工作空間內(nèi)生成任意定向的場矢量，可以自由移動(dòng)磁性物體并將其與外部磁場對齊。
梯度控制 對磁化物體施加磁場驅(qū)動(dòng)力，沿著磁場梯度方向移動(dòng)物體或?qū)⑽矬w懸浮在液體中。
旋轉(zhuǎn)控制 可控制調(diào)節(jié)磁場方向，在磁化物體上施加扭矩，使其在可偏轉(zhuǎn)時(shí)重新定向，并在移動(dòng)時(shí)隨外部場旋轉(zhuǎn)。
步進(jìn)控制 定義時(shí)變信號，例如鋸齒功能，用于引起物體振動(dòng)和/或物體在表面上的粘滑搖擺運(yùn)動(dòng)。

梯度磁場控制系統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域

生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域

如細(xì)胞建模、轉(zhuǎn)基因輔助、藥物輸送等，可能涉及梯度磁場系統(tǒng)的使用。通過磁場梯度精準(zhǔn)操控微納米機(jī)器人，實(shí)現(xiàn)靶向藥物釋放、血管疏通及子宮肌瘤切除等操作，非接觸式驅(qū)動(dòng)速度顯著提升手術(shù)精度與安全性。

微納米機(jī)器人操控

利用非接觸式驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)磁性微納米機(jī)器人的粘滑運(yùn)動(dòng)、滾動(dòng)運(yùn)動(dòng)及鞭毛游動(dòng)，推動(dòng)微操作程序的技術(shù)革新。結(jié)合毛細(xì)力與磁場的耦合作用，在氣液界面完成抓取、運(yùn)輸?shù)葟?fù)雜操作，適用于生物體內(nèi)探測及微納制造。