Milimetra izmēra roboti, kurus kontrolē ar magnētiskiem laukiem

Singapūras Nanjangas Tehnoloģiskās universitātes (Singapūras NTU) zinātnieki ir izstrādājuši milimetra izmēra robotus, kurus kontrolē ar magnētiskajiem laukiem. Šie roboti spēj veikt ļoti manevrējamas un izveicīgas manipulācijas, un tiem var būt liela ietekme tādās jomās kā biomedicīna un ražošana. 

Pētījums tika publicēts zinātniskajā žurnālā Advanced materiāli Maijā. 

Balstoties uz esošajiem maza mēroga robotiem

Miniatūrie roboti tika izveidoti, iestrādājot magnētiskās mikrodaļiņas bioloģiski saderīgos polimēros, kas nav toksiski materiāli cilvēkiem. Roboti ir ieprogrammēti tā, lai, iedarbinot magnētiskos laukus, tie veiktu savas vēlamās funkcijas. 

Jaunā tehnoloģija, kas balstīta uz iepriekšējiem maza mēroga robotiem, un jaunie papildinājumi ietver optimizētu spēju pārvietoties sešās brīvības pakāpēs (DoF), kas ir translācijas kustība pa trim telpiskajām asīm un rotācijas kustība ap šīm asīm vai ripošana. , slīpuma un slīpuma leņķi. 

Pētnieki jau iepriekš ir izstrādājuši sešus DoF miniatūrus robotus, taču jaunās versijas var griezties 43 reizes ātrāk kritiskajā sestajā DoF, ja vien tiek precīzi kontrolēta to orientācija.

Tā kā to konstrukcijā tiek izmantoti "mīkstie" materiāli, roboti var atkārtot mehāniskās īpašības. Piemēram, viens var peldēt, bet otrs var precīzi satvert, pacelt un novietot miniatūrus priekšmetus. 

Pētījuma vadošais autors ir docents Lum Guo Zhan no Medicīnas un aviācijas inženierijas skolas.

Saskaņā ar profesora Luma teikto, lielākais progress lielā mērā ir atkarīgs no “netveramā” trešā un pēdējā magnētisko lauku galvenā vektora atklāšanas. Pirms šī atklājuma pielietotie magnētiskie lauki tika definēti tikai divu galveno vektoru izteiksmē. 

"Šajā darbā mana komanda centās atklāt miniatūru robotu darbības pamatprincipus, kuriem ir sešu DoF kustības. Pilnībā izprotot šo miniatūro robotu fiziku, mēs tagad varam precīzi kontrolēt to kustības. Turklāt mūsu piedāvātā ražošanas metode var magnetizēt šos robotus, lai radītu 51 līdz 297 reizes lielāku sešu DoF griezes momentu nekā citas esošās ierīces. Tāpēc mūsu atklājumi ir izšķiroši, un tie ir nozīmīgs sasniegums maza mēroga robotu tehnoloģijām, ”sacīja Asst. Prof. Lum.

Miniatūrie roboti ir aptuveni rīsa grauda lieluma, tāpēc tie ir noderīgi, mēģinot nokļūt ierobežotās un slēgtās telpās, kas ierobežo lielus robotus. Tas nozīmē, ka jaunā attīstība ir īpaši noderīga medicīnā.

Robotus attālināti var vadīt operators un programma, kas darbojas vadības datorā. Programma maina elektromagnētisko spoļu sistēmas radīto magnētisko lauku stiprumu un virzienu. 

Medicīnā miniatūrie roboti varētu sasniegt noteiktus dzīvībai svarīgus orgānus, piemēram, smadzenes, taču, lai tos varētu izmantot šādā veidā, būs jāveic daudz vairāk testu un jāpielāgo.

Pētījuma līdzautori ir doktoranti Xu Changyu un Yang Zilin no Mehāniskās un kosmosa inženierijas skolas. 

"Papildus ķirurģijai mūsu roboti var būt vērtīgi arī biomedicīnas lietojumos, piemēram, montējot laboratorijas mikroshēmas ierīces, kuras var izmantot klīniskai diagnostikai, integrējot vairākus laboratorijas procesus vienā mikroshēmā," viņi teica. 

Robotu pārbaude

Pētnieku komanda pārbaudīja robotus laboratorijas eksperimentos un demonstrēja to veiklību un ātrumu. 

Izmantojot medūzu iedvesmotu botu, komanda kontrolēja to, lai tas izpeldētu cauri stingrai atvēruma barjerai, kad tas tika apturēts ūdenī. Šis eksperiments parādīja, kā roboti var pārvarēt šķēršļus dinamiskā un nenoteiktā vidē, kas nozīmē, ka nākotnē tos varētu izmantot mērķtiecīgiem biomedicīnas lietojumiem, piemēram, ķirurģiskām procedūrām. 

Miniatūrais robots arī pārsniedza visu esošo miniatūro robotu ātrāko rotāciju. 

Pētnieku komanda tagad centīsies padarīt robotus vēl mazākus, samazinot tos līdz dažiem simtiem mikrometru. Viņi arī vēlas, lai viņi galu galā būtu pilnībā autonomi.