如何控制生物微物體的抓取和旋轉

我們可以用手指測試水果和蔬菜的質量和新鮮度，甚至工業(yè)機器人在觸覺應用方面也取得了成功多年。但是如何抓取和旋轉人發(fā)寬度的物體呢?弗萊堡大學微系統(tǒng)工程系的Alexander Rohrbach教授及其團隊現(xiàn)已在《自然通訊》雜志上發(fā)表了關于這個問題的研究。他們的工作展示了幾種由高度聚焦的激光制成的光學鑷子如何有朝一日能夠以受控方式抓取細胞簇并將它們旋轉到任何所需的方向。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

在實驗室中，抓取手指相當于所謂的光學鑷子，由高度聚焦的激光產(chǎn)生。光鑷的獨特優(yōu)勢在于，與機械鑷不同，它們甚至可以在抓取透明物體時施加力或扭矩。

多年來，計算機全息光鑷能夠以任意和倍增的配置逐個像素地聚焦激光，以在 3D 空間中同時控制多個抓光手指的位置。這種方法在研究實驗室中已經(jīng)存在了將近二十年，但無法對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。鑷子遇到困難是因為物體太大而遲鈍，無法在水溶液中以任意穩(wěn)定的方式旋轉，因為光鑷要么不夠堅固，要么無法找到良好的抓握位置從而滑落。值得一提的是，他們之所以沒能找到最佳抓取位置，是因為他們根本不尋找，而是盲目抓取，

非盲光鑷的概念

“非盲鑷子通過測量和分析散射在物體上的光來查看他們正在抓取的東西，”Rohrbach 解釋說。“我們用眼睛看到各種物體，因為陽光或室內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，科學家們在顯微鏡下研究的生物研究對象，如微型腫瘤或小蒼蠅胚胎等細胞簇，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。 .查看鑷子到達位置的新概念是在物體后面的快速相機上分析散焦的激光散射光，作為反饋信號。相機上各個光鑷的光點越不對稱，焦點處的光散射得越多，導致物體相應點的折射率變化越大。這些是光鑷可以有效抓取物體的點。在物理學方面，物質極化的局部變化會導致光偶極力增加。

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