روبوتات بحجم الميليمتر يمكن التحكم فيها باستخدام الحقول المغناطيسية

قام علماء من جامعة نانيانغ التكنولوجية، سنغافورة (NTU Singapore) بتطوير روبوتات بحجم الميليمتر يمكن التحكم فيها باستخدام الحقول المغناطيسية. هذه الروبوتات قادرة على تنفيذ操作 متقنة ومرنة للغاية، ويمكن أن يكون لها تأثير كبير في مجالات مثل الطب الحيوي والتصنيع.

نشر البحث في المجلة العلمية Advanced Materials في مايو.

بناءً على الروبوتات الصغيرة الحالية

تم إنشاء الروبوتات الصغيرة عن طريق دمج الجسيمات المغناطيسية الدقيقة في البوليمرات المتوافقة حيوياً، والتي هي مواد غير سامة للإنسان. يتم برمجة الروبوتات بحيث عندما يتم تطبيق الحقول المغناطيسية، تقوم بتنفيذ الوظائف المرغوبة.

تم بناء التكنولوجيا الجديدة على أساس الروبوتات الصغيرة الحالية، والتحسينات الجديدة تشمل القدرة على الحركة في ست درجات من الحرية (DoF)، وهي الحركة الانتقالية على طول ثلاثة محاور مكانية والحركة الدورانية حول تلك المحاور، أو زوايا الانحدار والانحراف واللف.

كان الباحثون قد طوروا بالفعل روبوتات صغيرة ذات ست درجات من الحرية، ولكن الإصدارات الجديدة يمكن أن تدور 43 مرة أسرع في الدرجة الحركية الحاسمة السادسة، طالما يتم التحكم بدقة في اتجاهها.

https://www.youtube.com/watch?v=jLu7q7ieQek&t=21s

بسبب استخدام المواد “الناعمة” في بنائها، يمكن للروبوتات تقليدها لخصائص ميكانيكية. على سبيل المثال، يمكن لروبوت واحد السباحة بينما يمكن لروبوت آخر الإمساك بobjects صغيرة ووضعها بدقة.

الأستاذ المساعد لوم غو زان من مدرسة الطب والهندسة الجوية هو المؤلف الرئيسي للدراسة.

وفقًا لأستاذ لوم، التطور الرئيسي يعتمد بشكل كبير على اكتشاف المتجه الرئيسي الثالث والأخير للحقول المغناطيسية. قبل هذا الاكتشاف، كانت الحقول المغناطيسية المطبقة محددة فقط بالمتجهات الرئيسية الثلاثة.

“سعى فريقي إلى كشف المبادئ الأساسية للعمل لروبوتات صغيرة ذات ست درجات من الحرية من خلال هذا العمل. من خلال فهم كامل للفيزياء لهذه الروبوتات الصغيرة، يمكننا الآن التحكم بدقة في حركاتها. بالإضافة إلى ذلك، يمكن أن تنتج طريقة التصنيع المقترحة مغناطيسية لهذه الروبوتات لتوليد 51 إلى 297 ضعف أكبر من عزم الدوران من الأجهزة الحالية. لذلك، فإن نتائجنا هي بالغة الأهمية، وت đại diện لتطور كبير للتكنولوجيا الروبوتية الصغيرة.

تصل الروبوتات الصغيرة إلى حجم حبة الأرز، لذلك فهي مفيدة عند محاولة الوصول إلى مساحات محصورة ومغلقة تقلل من حجم الروبوتات الكبيرة. هذا يعني أن التطور الجديد مفيد بشكل خاص في الطب.

يمكن التحكم في الروبوتات عن بُعد بواسطة مشغل وبرنامج يعمل على جهاز كمبيوتر تحكم. يغير البرنامج قوة واتجاه الحقول المغناطيسية التي تنتجها نظام حلقة مغناطيسية.

في الطب، يمكن للروبوتات الصغيرة الوصول إلى أعضاء حيوية معينة مثل الدماغ، ولكن سيتطلب ذلك المزيد من الاختبارات والتعديلات قبل تطبيقها بهذه الطريقة.

يشمل مؤلفو البحث طلاب الدكتوراه شو تشانغيو ويانغ زيلين من مدرسة الهندسة الميكانيكية والجوية.

“بالإضافة إلى الجراحة، قد تكون روبوتاتنا قيمة في التطبيقات الطبية الحيوية مثل تجميع أجهزة مختبر على شريحة واحدة يمكن استخدامها لتشخيص سريري من خلال دمج عدة عمليات مختبرية على شريحة واحدة،” قالوا.

اختبار الروبوتات

اختبر فريق البحث الروبوتات في تجارب مختبرية وبرهنت على مهاراتها وسرعتها.

مع روبوت مستوحى من القناديل البحرية، قام الفريق بتحكمه لسباحة من خلال حاجز مفتوح عندما تعلق في الماء. هذا التجربة أظهرت كيف يمكن للروبوتات التغلب على الحواجز في بيئات ديناميكية وغير محددة، مما يعني أنه في المستقبل، يمكن استخدامها لتطبيقات طبية محددة مثل الإجراءات الجراحية.

تجاوزت الروبوت الصغيرة أسرع دوران لأي روبوت صغير موجود.

سوف يبحث فريق البحث الآن عن جعل الروبوتات أصغر، حيث ي 希 أن يصلوا إلى حجم بضعة مئات من الميكرومترات. كما يريدون أن تصبح الروبوتات ذاتية التحكم في النهاية.