Ρομπότ Μεγέθους Χιλιοστού Controlled Με Μαγνητικά Πεδία

Επιστήμονες στο Πανεπιστήμιο Nanyang Technological, Σιγκαπούρη (NTU Singapore) έχουν αναπτύξει ρομπότ μεγέθους χιλιοστού που ελέγχονται με μαγνητικά πεδία. Αυτά τα ρομπότ είναι ικανά να εκτελούν υψηλά ευέλικτα και δεξιοτεχνικά χειρισμούς και θα μπορούσαν να έχουν μεγάλη επίδραση σε πεδία όπως η ιατρική και η производство.

Η έρευνα δημοσιεύθηκε στο επιστημονικό περιοδικό Advanced Materials τον Μάιο.

Κατασκευάζοντας Σε Υπάρχοντα Ρομπότ Μικρής Κλίμακας

Τα μικροσκοπικά ρομπότ δημιουργήθηκαν ενσωματώνοντας μαγνητικά μικροσωματίδια σε βιοσυμβατά πολυμερή, τα οποία είναι μη τοξικά υλικά για τους ανθρώπους. Τα ρομπότ προγραμματίζονται ώστε όταν εφαρμοστούν μαγνητικά πεδία, να εκτελούν τις επιθυμητές λειτουργίες τους.

Η νέα τεχνολογία βασίζεται σε προηγούμενα ρομπότ μικρής κλίμακας, και οι νέες προσθήκες περιλαμβάνουν μια βελτιωμένη ικανότητα να κινούνται σε έξι βαθμούς ελευθερίας (DoF), που είναι η μεταβατική κίνηση κατά μήκος των τριών χωρικών αξόνων και η περιστροφική κίνηση γύρω από αυτούς τους άξονες, ή γωνίες κύλισης, πίτσας και yaw.

Οι ερευνητές έχουν ήδη αναπτύξει προηγουμένως ρομπότ με έξι DoF, αλλά οι νέες εκδόσεις μπορούν να περιστρέφονται 43 φορές πιο γρήγορα στην κρίσιμη έκτη DoF, εφόσον η προσανατολισμό τους είναι ακριβώς ελεγχόμενος.

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

Λόγω της χρήσης ‘μαλακών’ υλικών στην κατασκευή τους, τα ρομπότ μπορούν να αναπαράγουν μηχανικές ιδιότητες. Για παράδειγμα, ένα μπορεί να κολυμπήσει ενώ ένα άλλο μπορεί να πιάσει, να πάρει και να τοποθετήσει με ακρίβεια μικροσκοπικά αντικείμενα.

Ο Επίκουρος Καθηγητής Lum Guo Zhan από τη Σχολή Ιατρικής και Αεροδιαστημικής Μηχανικής είναι ο κύριος συγγραφέας της μελέτης.

Σύμφωνα με τον Καθηγητή Lum, η κύρια πρόοδος εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από την ανακάλυψη του ‘ελusive’ τρίτου και τελικού κύριου διανύσματος των μαγνητικών πεδίων. Προηγουμένως, τα εφαρμοζόμενα μαγνητικά πεδία ορίζονταν μόνο σε σχέση με δύο κύρια διανύσματα.

“Η ομάδα μου προσπάθησε να ανακαλύψει τις θεμελιώδεις αρχές λειτουργίας των μικροσκοπικών ρομπότ που έχουν κινήσεις έξι DoF μέσω αυτού του έργου. Κατανοώντας πλήρως τη φυσική των μικροσκοπικών ρομπότ, μπορούμε τώρα να ελέγχουμε με ακρίβεια τις κινήσεις τους. Επιπλέον, η προτεινόμενη μέθοδος κατασκευής μας μπορεί να μαγνητίσει αυτά τα ρομπότ για να παράγει 51 έως 297 φορές μεγαλύτερες κινήσεις έξι DoF από άλλα υπάρχοντα συσκευές. Τα ευρήματά μας είναι因此 σημαντικά και αντιπροσωπεύουν μια σημαντική πρόοδο για τις τεχνολογίες ρομπότ μικρής κλίμακας,” είπε ο Επίκουρος Καθηγητής Lum.

Τα μικροσκοπικά ρομπότ έχουν μέγεθος περίπου το μέγεθος ενός κόκκου ρυζιού, οπότε είναι χρήσιμα όταν προσπαθούν να φτάσουν σε περιορισμένα και κλειστά χώρους που περιορίζουν τα μεγάλα ρομπότ. Αυτό σημαίνει ότι η νέα ανάπτυξη είναι ιδιαίτερα χρήσιμη στην ιατρική.

Τα ρομπότ μπορούν να ελεγχθούν από απόσταση από einen χειριστή και ένα πρόγραμμα που τρέχει σε einen υπολογιστή ελέγχου. Το πρόγραμμα αλλάζει την ένταση και τη διεύθυνση των μαγνητικών πεδίων που παράγονται από einen ηλεκτρομαγνητικό σύστημα πηνίων.

Στην ιατρική, τα μικροσκοπικά ρομπότ θα μπορούσαν να φτάσουν σε ορισμένα ζωτικά όργανα όπως το εγκέφαλος, αλλά θα χρειαζόταν πολλές περισσότερες δοκιμές και ρυθμίσεις πριν μπορέσουν να εφαρμοστούν με αυτόν τον τρόπο.

Οι συν-συγγραφείς της έρευνας περιλαμβάνουν τους φοιτητές博士 Xu Changyu και Yang Zilin από τη Σχολή Μηχανικής και Αεροδιαστημικής.

“Εκτός από την χειρουργική, τα ρομπότ μας μπορεί επίσης να είναι χρήσιμα σε ιατρικές εφαρμογές όπως η συναρμολόγηση συσκευών lab-on-chip που μπορούν να χρησιμοποιηθούν για κλινικές διαγνωστικές εξετάσεις με την ενοποίηση πολλών εργαστηριακών διαδικασιών σε μια seule πλάκα,” είπαν.

Δοκιμές των Ρομπότ

Η ερευνητική ομάδα δοκιμάζει τα ρομπότ σε πειραματικές δοκιμές και επέδειξαν την ευελιξία και την ταχύτητά τους.

Με ένα ρομπότ εμπνευσμένο από τη μεδούσα, η ομάδα ελέγχθηκε να κολυμπήσει μέσα από ένα στενό εμπόδιο όταν ήταν αναποδογυρισμένο στο νερό. Αυτό το πείραμα επέδειξε πώς τα ρομπότ μπορούν να διαπεράσουν εμπόδια σε δυναμικά και αβέβαια περιβάλλοντα, που σημαίνει ότι στο μέλλον θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν για στόχευση ιατρικών εφαρμογών όπως χειρουργικές διαδικασίες.

Το μικροσκοπικό ρομπότ ξεπέρασε επίσης την ταχύτερη περιστροφή οποιουδήποτε υπάρχοντος μικροσκοπικού ρομπότ.

Η ερευνητική ομάδα θα προσπαθήσει τώρα να κάνει τα ρομπότ ακόμα μικρότερα, φέρνοντάς τα σε quelques εκατοντάδες μικρόμετρα. Θέλουν επίσης να είναι τελικά πλήρως αυτόνομα.