新型“机器人”实现液滴多行为操纵

液滴的多重行为控制(绘图项目组)

最近，中国科学院化学研究所宋彦林课题组在《科学进步》杂志上发表了一项新的研究成果。通过磁场控制两个钢球，研究人员首次实现了对液滴切割、运动、释放和旋转等各种动态行为的控制。该系统被命名为“液滴机器人”，其在化学反应自动化中的潜力很大。

目前，液滴控制在日常生活和工业生产中有着重要的应用。从防止冷却和冻结到微流体和水的收集，精确控制液滴行为是必不可少的。然而，目前大多数研究只能实现简单的液滴运动行为，难以满足实际应用中的复杂要求。

该论文的交流作者之一、中国科学院化学研究所成员李惠增博士告诉《中国科学日报》:“我们用磁场控制两个钢球来控制液滴。”通过调节磁场，可以改变钢球的位置和中心距，钢球中心距的改变重新分配了液滴所受的阻力，使液滴可以产生各种动态行为。

在实验中，研究人员还分析了液滴多行为控制的机理。他们认为液滴运动的阻力主要来自两个钢球的前三相线和后三相线，钢球中心距的变化导致两部分阻力的变化。

当钢球中心距较小时，液滴前端的三相线较短，附着力较小，而后端的三相线附着力较大。此时，液滴将被移动的钢球从中间撕掉，从而实现液滴的切割行为。当钢球中心距较大时，前端阻力较大，钢球不会拖动液滴，从而实现液滴的释放行为。当中心距离合适时，前后阻力匹配，水滴可以被钢球拖动，使水滴移动。此外，调节磁场还可以旋转钢球，实现液滴的旋转行为。

除了控制空气中的水滴，研究人员还将这种方法扩展到不同的系统。钢球经过超亲水处理后，不仅可以控制空气中的水滴，还可以控制油中的水滴。超疏水钢球可以控制水下的油滴和气泡。这种控制方法也可用于复杂表面和受限空间，如垂直面和半封闭管道。

研究人员指出，这种液滴操纵方法可用于自动化化学反应。同时，该方法还可以收集固体颗粒，去除管道中的杂质，在临床医学领域具有潜在的应用价值。

相关论文信息:https://doi.org/10.1126/sciadv.aay5808