応用物理学：電子的にプログラム可能なマイクロ流体操作のための繊毛メタ表面

繊毛ポンピングは、生物が、マイクロスケールで流体を制御し操作するために用いる強力な戦略である。しかし、光学的、磁気的、電気的に駆動されるアクチュエーションにおける最近の多くの進歩にもかかわらず、応用可能性のある人工繊毛プラットフォームの開発はまだ実現困難である。今回我々は、表面付近の液体に任意の流れパターンを形成できる、電子的に作動する人工繊毛からなるアクティブメタ表面について報告する。我々はまず、非相反的な運動を生じさせる、電圧で作動する繊毛を作製して、作動電圧1 Vで毎秒数十マイクロメートルの表面流を駆動した。次に我々は、繊毛ユニットセルが流れのさまざまな基本形状を局所的に形成できることを示した。我々は、これらのユニットセルを組み合わせることにより、望まれる全ての表面流れパターンを生み出し、それらのパターン間での切り替えが可能な繊毛アクティブメタ表面を作製した。さらに我々は、これらの繊毛を、光で動く相補型金属酸化膜半導体（CMOS）クロック回路と一体化して、ワイヤレス動作を実証した。我々は、概念実証として、この回路を用いてさまざまな位相遅延の電圧パルスを出力し、メタクローナル波を用いたポンピング効率の向上を実証した。実験的に実証され理論計算を用いて裏付けられたこうした強力な結果は、微細スケールのマイクロ流体操作への道を例示しており、マイクロ流体ポンピングからマイクロロボット運動までさまざまな応用がある。

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