Robots de taille millimétrique contrôlés par des champs magnétiques

Les scientifiques de l’Université technologique de Nanyang, à Singapour (NTU Singapore), ont développé des robots de taille millimétrique qui sont contrôlés par des champs magnétiques. Ces robots sont capables d’exécuter des manipulations très maniables et délicates, et ils pourraient avoir un grand impact dans des domaines tels que la biomedecine et la fabrication.

La recherche a été publiée dans la revue scientifique Advanced Materials en mai.

Édification sur les robots à petite échelle existants

Les robots miniatures ont été créés en intégrant des microparticules magnétiques dans des polymères biocompatibles, qui sont des matériaux non toxiques pour les humains. Les robots sont programmés de telle sorte que lorsqu’on leur applique des champs magnétiques, ils exécutent leurs fonctionnalités souhaitées.

La nouvelle technologie s’appuie sur les robots à petite échelle existants, et les nouvelles additions incluent une capacité optimisée à se déplacer en six degrés de liberté (DoF), ce qui correspond au mouvement de translation le long des trois axes spatiaux et au mouvement de rotation autour de ces axes, ou aux angles de roulis, de tangage et de lacet.

Les chercheurs ont déjà développé précédemment des robots miniatures à six DoF, mais les nouvelles versions peuvent tourner 43 fois plus vite dans le sixième DoF critique, à condition que leur orientation soit précisément contrôlée.

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

En raison de l’utilisation de matériaux “doux” dans leur construction, les robots peuvent reproduire des qualités mécaniques. Par exemple, l’un peut nager tandis que l’autre peut saisir, ramasser et placer des objets miniatures avec précision.

Le professeur adjoint Lum Guo Zhan de l’École de médecine et de génie aérospatial est l’auteur principal de l’étude.

Selon le professeur Lum, la grande avancée dépend fortement de la découverte du “fuyant” troisième et dernier vecteur principal des champs magnétiques. Avant cette découverte, les champs magnétiques appliqués n’étaient définis qu’en termes de deux vecteurs principaux.

“Mon équipe a cherché à découvrir les principes de base des robots miniatures qui ont des mouvements à six DoF à travers ce travail. En comprenant pleinement la physique de ces robots miniatures, nous sommes maintenant en mesure de contrôler avec précision leurs mouvements. De plus, notre méthode de fabrication proposée peut magnétiser ces robots pour produire des couples à six DoF 51 à 297 fois plus grands que les appareils existants. Nos résultats sont donc cruciaux et représentent une avancée significative pour les technologies robotiques à petite échelle”, a déclaré le professeur adjoint Lum.

Les robots miniatures mesurent environ la taille d’un grain de riz, ils sont donc utiles lorsqu’on essaie d’accéder à des espaces confinés et fermés qui limitent les grands robots. Cela signifie que le nouveau développement est particulièrement utile en médecine.

Les robots peuvent être contrôlés à distance par un opérateur et un programme exécuté sur un ordinateur de contrôle. Le programme modifie la force et la direction des champs magnétiques générés par un système de bobines électromagnétiques.

En médecine, les robots miniatures pourraient atteindre certains organes vitaux comme le cerveau, mais il faudra effectuer beaucoup plus de tests et de réglages avant de pouvoir les appliquer de cette manière.

Les co-auteurs de la recherche comprennent les étudiants en doctorat Xu Changyu et Yang Zilin de l’École de génie mécanique et aérospatial.

“Outre la chirurgie, nos robots pourraient également être utiles dans des applications biomédicales telles que l’assemblage de dispositifs de laboratoire sur une puce qui peuvent être utilisés pour des diagnostics cliniques en intégrant plusieurs processus de laboratoire sur une seule puce”, ont-ils déclaré.

Test des robots

L’équipe de recherche a testé les robots dans des expériences de laboratoire et a démontré leur agilité et leur vitesse.

Avec un robot inspiré de la méduse, l’équipe l’a contrôlé pour qu’il nage à travers une barrière d’ouverture étroite lorsqu’il est suspendu dans l’eau. Cette expérience a démontré comment les robots peuvent négocier les barrières dans des environnements dynamiques et incertains, ce qui signifie qu’à l’avenir, ils pourraient être utilisés pour des applications biomédicales ciblées comme des procédures chirurgicales.

Le robot miniature a également dépassé la rotation la plus rapide de tous les robots miniatures existants.

L’équipe de recherche va maintenant essayer de rendre les robots encore plus petits, en les réduisant à quelques centaines de micromètres. Ils veulent également qu’ils soient finalement entièrement autonomes.