多自由度梯度磁场控制系统

MagnebotiX  MFG100 多自由度梯度磁场控制系统，由瑞士苏黎世联邦理工学院研发，能够产生静态或时变磁场，应用于微纳米机器人开发、微操作程序等。这些系统能提供5个自由度的力和扭矩，用于颗粒定位、流体动力学研究等。系统包括一个桌面磁场产生单元、电力电子和一个控制软件用户界面，该系统能够在直径约为10毫米的球形工作空间内产生任意方向的磁场和磁场梯度。

磁场在转动自由度(DOF)下不受约束，因此系统可以在5个自由度(3个转动自由度位置，2个转动自由度方向)的粘性液体中悬浮和控制磁性物体。利用时变信号，实现了磁性物体的旋转或步进驱动。使用我们的Daedalus-2软件及其基于插件的体系结构，可以实现多种控制策略，从手动开环控制到定制解决方案，以便沿着预定义的路径对磁性对象进行全自动伺服。MagnebotiX MFG100-I适用于倒置结构，例如倒置显微镜。

应用范围

• 通过磁力和力矩对空气或液体中磁性小物体的影响来研究磁性微驱动策略。

• 从粘性液体中选择性分离和提取天然磁性或有磁性标记的生物和非生物物体。

• 借助于无绳的磁力末端执行器，对液体中的非磁性物体进行机械操作和提取。

• 研究小物体与无绳的磁性末端执行器相互作用时的力学性能

• 机械生物学在单细胞或工程化组织层上进行研究，例如与微生物和细胞的直接机械相互作用，以及使用无绳的磁性末端效应器对其行为反应的研究。

场生成和控制模式

• 场控制 在工作空间内生成任意定向的场矢量，可以自由移动磁性物体并将其与外部磁场对齐。
  
• 梯度控制 对磁化物体施加磁场驱动力，沿着磁场梯度方向移动物体或将物体悬浮在液体中。
• 旋转控制 可控制调节磁场方向，在磁化物体上施加扭矩，使其在可偏转时重新定向，并在移动时随外部场旋转。
  
• 步进控制 定义时变信号，例如锯齿功能，用于引起物体振动和/或物体在表面上的粘滑摇摆运动。
  

梯度磁场控制系统应用领域

生物医学领域

如细胞建模、转基因辅助、药物输送等，可能涉及梯度磁场系统的使用。通过磁场梯度精准操控微纳米机器人，实现靶向药物释放、血管疏通及子宫肌瘤切除等操作，非接触式驱动速度显著提升手术精度与安全性。

微纳米机器人操控

利用非接触式驱动实现磁性微纳米机器人的粘滑运动、滚动运动及鞭毛游动，推动微操作程序的技术革新。结合毛细力与磁场的耦合作用，在气液界面完成抓取、运输等复杂操作，适用于生物体内探测及微纳制造。

工业检测

用于永磁材料磁性能评估、银联卡抗磁性实验等，提升工业检测效率。

通过磁场梯度调控颗粒定向与定位，分析微观流体力学行为及局部流变学特性。

制药行业 法医学 教育 化学合成控制

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