Milimetrové roboty ovládané magnetickými poli

Vědci z Nanyang Technological University v Singapuru vyvinuli milimetrové roboty, které jsou ovládány magnetickými poli. Tyto roboty jsou schopny vykonávat vysoce manévrovatelné a dexterous manipulace a mohou mít velký dopad v oblastech, jako je biomedicína a výroba.

Výzkum byl zveřejněn v odborném časopise Advanced Materials v květnu.

Vývoj stávajících malých robotů

Miniaturní roboty byly vytvořeny vložením magnetických mikročástic do biokompatibilních polymerů, které jsou netoxické látky pro lidi. Roboty jsou programovány tak, aby když jsou aplikována magnetická pole, vykonávaly své požadované funkce.

Nová technologie vychází z předchozích malých robotů a nové přidání zahrnuje optimalizovanou schopnost pohybu ve šesti stupních volnosti (DoF), což je translace podél tří prostorových os a rotace kolem těchto os, nebo roll, pitch a yaw úhly.

Vědci již dříve vyvinuli šest DoF miniaturní roboty, ale nové verze mohou rotovat 43krát rychleji ve šestém DoF, pokud je jejich orientace přesně ovládána.

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

Díky použití „měkkých“ materiálů ve své konstrukci, mohou roboty replikovat mechanické vlastnosti. Například jeden může plavat, zatímco druhý může uchopit, zvednout a umístit miniaturní předměty přesně.

Asistent profesor Lum Guo Zhan ze Školy medicíny a leteckého inženýrství je vedoucím autorem studie.

Podle profesora Luma, hlavní pokrok silně závisí na objevu „únikového“ třetího a konečného hlavního vektoru magnetických polí. Před tímto objevem, aplikovaná magnetická pole byla definována pouze ve dvou hlavních vektorech.

“Můj tým se snažil odhalit základní pracovní principy miniaturních robotů, které mají šest DoF pohyby prostřednictvím této práce. Plně pochopením fyziky těchto miniaturních robotů, jsme nyní schopni přesně ovládat jejich pohyby. Kromě toho, naše navrhovaná výrobní metoda může magnetizovat tyto roboty, aby produkovaly 51 až 297krát větší šest DoF toky než ostatní existující zařízení. Naše výsledky jsou proto zásadní a představují významný pokrok pro malé robotické technologie,” řekl asistent profesor Lum.

Miniaturní roboty měří asi velikost zrnka rýže, takže jsou užitečné, když se snažíme dostat do uzavřených prostor, které omezují velké roboty. To znamená, že nový vývoj je besonders užitečný v medicíně.

Roboty lze ovládat na dálku operátorem a programem běžícím na kontrolním počítači. Program mění sílu a směr magnetických polí generovaných elektromagnetickým systémem.

V medicíně, miniaturní roboty by mohly dosáhnout určitých vitálních orgánů, jako je mozek, ale bude třeba provést mnohem více testů a úprav, než budou moci být použity tímto způsobem.

Spoluautoři výzkumu zahrnují doktorandy Xu Changyu a Yang Zilin ze Školy mechanického a leteckého inženýrství.

“Kromě chirurgie, naše roboty mohou být také užitečné v biomedicínských aplikacích, jako je sestavení zařízení lab-on-chip, které lze použít pro klinické diagnostiky integrující několik laboratorních procesů na jeden čip,” řekli.

Testování robotů

Výzkumný tým testoval roboty v laboratorních experimentech a prokázal jejich obratnost a rychlost.

S robotem inspirovaným medúzou, tým ovládal, aby plaval skrz úzkou překážku, když byl zavěšen ve vodě. Tento experiment prokázal, jak roboty mohou projít překážkami v dynamických a nejistých prostředích, což znamená, že v budoucnu mohou být použity pro cílené biomedicínské aplikace, jako jsou chirurgické postupy.

Miniaturní robot také překonal nejrychlejší rotaci jakéhokoli existujícího miniaturního robota.

Výzkumný tým se nyní snaží udělat roboty ještě menší, snížit je na několik set mikrometrů. Chtějí je také udělat nakonec plně autonomní.