自己駆動液滴を構成要素として用いた液滴ロボットの設計と機能制御

以自驱动液滴为部件的液滴机器人设计与功能控制

基本信息

批准号：
20K03881
负责人：
田中晋平
金额：
$ 2.83万
依托单位：
Hiroshima University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2020
资助国家：
日本
起止时间：
2020-04-01 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

本年度は、液滴ロボットの構成要素である、アクティブな液滴（界面活性剤を放出する液滴）とパッシブな液滴（界面活性剤を放出しない液滴）の相互作用について主に研究した。液滴ロボットは液滴を躯体とモーターの両方に利用する構想であるが、全ての液滴がその両方の役割を果たす必要はなく、躯体のみに利用する液滴はそれ自体では自己駆動しない、パッシブな液滴でもよい。本年度の実験及び理論的研究は、このパッシブな液滴の存在がアクティブな液滴の自己駆動性にどのように影響するのか、について、最も単純な2体系を用いて明らかにした。その結果、パッシブな液滴は真に受動的であるわけではなく、その存在によってアクティブな液滴の自己駆動性に大きな影響を与えることが明らかになった。最も大きな効果は、パッシブな液滴がアクティブな液滴から放出された界面活性剤を吸収することで、放出量が少ない場合でも効率的に界面活性剤濃度の勾配を維持する役割を果たすことである。この効果により、アクティブな液滴は、それ単体では自己駆動できないような条件下においても、パッシブな液滴が共存することによって自己駆動することが可能となる。これにより、アクティブな液滴の駆動持続時間が数倍に伸びることがわかった。また、パッシブな液滴の存在により、それまで観測されなかった運動モードが誘起されることも明らかになった。これらの結果は、国際学術誌のSoft Matterにて発表した。

今年，我们主要研究了活性液滴（释放表面活性剂的液滴）和被动液滴（不释放表面活性剂的液滴）之间的相互作用，这些液滴是液滴机器人的组件。 Drop Robot是一个将液滴用于结构和电动机的想法，但是并非所有液滴都可以扮演两个角色，而仅用于结构的液滴可能是无动滴，这些液滴并非自行驱动自己。今年的实验和理论研究使用了两个最简单的系统来阐明这种被动液滴的存在如何影响活性液滴的自动性质。结果表明，被动液滴不是真正的被动性，并且它们的存在对活性液滴的自driveability具有重大影响。最重要的效果是，被动液滴吸收了从活性液滴中释放出的表面活性剂，并且即使释放量很小，也可以有效地保持表面活性剂浓度的梯度发挥作用。这种效果使活跃的液滴是由共存的被动液滴自动驱动的，即使在无法自行驱动的条件下。已经发现这可以增加活性液滴的驱动持续时间。还揭示了被动液滴的存在会引起以前未观察到的运动模式。这些结果发表在国际学术期刊软件中。