我們可以用手指測(cè)試水果和蔬菜的質(zhì)量和新鮮度，甚至工業(yè)機(jī)器人在觸覺(jué)應(yīng)用方面也取得了成功多年。但是如何抓取和旋轉(zhuǎn)人發(fā)寬度的物體呢?弗萊堡大學(xué)微系統(tǒng)工程系的Alexander Rohrbach教授及其團(tuán)隊(duì)現(xiàn)已在《自然通訊》雜志上發(fā)表了關(guān)于這個(gè)問(wèn)題的研究。他們的工作展示了幾種由高度聚焦的激光制成的光學(xué)鑷子如何有朝一日能夠以受控方式抓取細(xì)胞簇并將它們旋轉(zhuǎn)到任何所需的方向。這將允許在顯微鏡下更具體地研究微型腫瘤等微小物體。
由激光制成的手指
在實(shí)驗(yàn)室中，抓取手指相當(dāng)于所謂的光學(xué)鑷子，由高度聚焦的激光產(chǎn)生。光鑷的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)在于，與機(jī)械鑷不同，它們甚至可以在抓取透明物體時(shí)施加力或扭矩。
多年來(lái)，計(jì)算機(jī)全息光鑷能夠以任意和倍增的配置逐個(gè)像素地聚焦激光，以在 3D 空間中同時(shí)控制多個(gè)抓光手指的位置。這種方法在研究實(shí)驗(yàn)室中已經(jīng)存在了將近二十年，但無(wú)法對(duì)更大的物體施加力和扭矩，即直徑大于大約 1/10 毫米的物體。鑷子遇到困難是因?yàn)槲矬w太大而遲鈍，無(wú)法在水溶液中以任意穩(wěn)定的方式旋轉(zhuǎn)，因?yàn)楣忤囈床粔驁?jiān)固，要么無(wú)法找到良好的抓握位置從而滑落。值得一提的是，他們之所以沒(méi)能找到最佳抓取位置，是因?yàn)樗麄兏静粚ふ遥敲つ孔ト。?/p>
非盲光鑷的概念
“非盲鑷子通過(guò)測(cè)量和分析散射在物體上的光來(lái)查看他們正在抓取的東西，”Rohrbach 解釋說(shuō)。“我們用眼睛看到各種物體，因?yàn)殛?yáng)光或室內(nèi)光線散射在它們身上并在我們的視網(wǎng)膜上再現(xiàn)。”激光鑷子可以抓取透明物體。然而，科學(xué)家們?cè)陲@微鏡下研究的生物研究對(duì)象，如微型腫瘤或小蒼蠅胚胎等細(xì)胞簇，并不是完全透明的，而是像浴室窗戶上的磨砂玻璃一樣，光線透射后漫射，難以分析。 .查看鑷子到達(dá)位置的新概念是在物體后面的快速相機(jī)上分析散焦的激光散射光，作為反饋信號(hào)。相機(jī)上各個(gè)光鑷的光點(diǎn)越不對(duì)稱，焦點(diǎn)處的光散射得越多，導(dǎo)致物體相應(yīng)點(diǎn)的折射率變化越大。這些是光鑷可以有效抓取物體的點(diǎn)。在物理學(xué)方面，物質(zhì)極化的局部變化會(huì)導(dǎo)致光偶極力增加。
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