多自由度梯度磁場控制系統

MagnebotiX  MFG100 多自由度梯度磁場控制系統，由瑞士蘇黎世聯邦理工學院研發，能夠產生靜態或時變磁場，應用于微納米機器人開發、微操作程序等。這些系統能提供5個自由度的力和扭矩，用于顆粒定位、流體動力學研究等。系統包括一個桌面磁場產生單元、電力電子和一個控制軟件用戶界面，該系統能夠在直徑約為10毫米的球形工作空間內產生任意方向的磁場和磁場梯度。

磁場在轉動自由度(DOF)下不受約束，因此系統可以在5個自由度(3個轉動自由度位置，2個轉動自由度方向)的粘性液體中懸浮和控制磁性物體。利用時變信號，實現了磁性物體的旋轉或步進驅動。使用我們的Daedalus-2軟件及其基于插件的體系結構，可以實現多種控制策略，從手動開環控制到定制解決方案，以便沿著預定義的路徑對磁性對象進行全自動伺服。MagnebotiX MFG100-I適用于倒置結構，例如倒置顯微鏡。

應用范圍

• 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動策略。

• 從粘性液體中選擇性分離和提取天然磁性或有磁性標記的生物和非生物物體。

• 借助于無繩的磁力末端執行器，對液體中的非磁性物體進行機械操作和提取。

• 研究小物體與無繩的磁性末端執行器相互作用時的力學性能

• 機械生物學在單細胞或工程化組織層上進行研究，例如與微生物和細胞的直接機械相互作用，以及使用無繩的磁性末端效應器對其行為反應的研究。

場生成和控制模式

• 場控制 在工作空間內生成任意定向的場矢量，可以自由移動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動力，沿著磁場梯度方向移動物體或將物體懸浮在液體中。
• 旋轉控制 可控制調節磁場方向，在磁化物體上施加扭矩，使其在可偏轉時重新定向，并在移動時隨外部場旋轉。
  
• 步進控制 定義時變信號，例如鋸齒功能，用于引起物體振動和/或物體在表面上的粘滑搖擺運動。
  

梯度磁場控制系統應用領域

生物醫學領域

如細胞建模、轉基因輔助、藥物輸送等，可能涉及梯度磁場系統的使用。通過磁場梯度精準操控微納米機器人，實現靶向藥物釋放、血管疏通及子宮肌瘤切除等操作，非接觸式驅動速度顯著提升手術精度與安全性。

微納米機器人操控

利用非接觸式驅動實現磁性微納米機器人的粘滑運動、滾動運動及鞭毛游動，推動微操作程序的技術革新。結合毛細力與磁場的耦合作用，在氣液界面完成抓取、運輸等復雜操作，適用于生物體內探測及微納制造。

工業檢測

用于永磁材料磁性能評估、銀聯卡抗磁性實驗等，提升工業檢測效率。

通過磁場梯度調控顆粒定向與定位，分析微觀流體力學行為及局部流變學特性。

制藥行業 法醫學 教育 化學合成控制

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