Roboți de dimensiuni milimetrice controlați cu câmpuri magnetice

Oamenii de știință de la Universitatea Tehnică Nanyang din Singapore (NTU Singapore) au dezvoltat roboți de dimensiuni milimetrice care sunt controlați cu câmpuri magnetice. Acești roboți sunt capabili să execute manipulări foarte manevrabile și dexterous, și ar putea avea un impact mare în domenii precum biomedicina și fabricarea. 

Cercetarea a fost publicată în revista științifică Advanced Materials în luna mai. 

Construirea pe baza roboților existenți la scară mică

Roboții miniaturi au fost creați prin încorporarea de particule magnetice microscopice în polimeri biocompatibili, care sunt materiale netoxice pentru oameni. Roboții sunt programați astfel încât, atunci când se aplică câmpuri magnetice, aceștia efectuează funcționalitățile dorite. 

Tehnologia nouă s-a construit pe baza roboților mici existenți, iar noile adăugări includ o capacitate optimizată de a se deplasa în șase grade de libertate (DoF), ceea ce reprezintă mișcarea translatională de-a lungul celor trei axe spațiale și mișcarea de rotație în jurul acestor axe, sau unghiurile de roll, pitch și yaw. 

Cercetătorii au dezvoltat anterior roboți miniaturi cu șase DoF, dar noile versiuni pot roti cu 43 de ori mai repede în al șaselea DoF critic, atâta timp cât orientarea lor este controlată precis.

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

Datorită utilizării materialelor “moi” în construcția lor, roboții pot replica calități mecanice. De exemplu, unul poate înota, în timp ce altul poate apuca, ridica și plasa obiecte miniaturale cu precizie. 

Profesorul asistent Lum Guo Zhan de la Școala de Medicină și Inginerie Aerospațială este autorul principal al studiului.

Conform profesorului Lum, progresul major depinde foarte mult de descoperirea vectorului principal al treilea și final al câmpurilor magnetice. Înainte de această descoperire, câmpurile magnetice aplicate erau definite doar în termeni de doi vectori principali. 

“Echipa mea a căutat să descopere principiile fundamentale de funcționare ale roboților miniaturi care au mișcări cu șase DoF prin această lucrare. Prin înțelegerea completă a fizicii acestor roboți miniaturi, suntem acum capabili să controlăm cu precizie mișcările lor. Mai mult, metoda noastră de fabricație propusă poate magnetiza acești roboți pentru a produce momente de 51 până la 297 de ori mai mari decât dispozitivele existente. Descoperirile noastre sunt, prin urmare, fundamentale și reprezintă o avansare semnificativă pentru tehnologiile robotice la scară mică,” a spus asist. prof. Lum.

Roboții miniaturi au dimensiunile aproximative ale unui bob de orez, astfel încât sunt utili atunci când se încearcă a ajunge în spații închise și limitate care restricționează roboții mari. Acest lucru înseamnă că noua dezvoltare este deosebit de utilă în medicină.

Roboții pot fi controlați de la distanță de un operator și un program care rulează pe un computer de control. Programul modifică puterea și direcția câmpurilor magnetice generate de un sistem de bobine electromagnetice. 

În medicină, roboții miniaturi ar putea ajunge la anumite organe vitale, cum ar fi creierul, dar va fi nevoie de mult mai multe teste și ajustări înainte de a putea fi aplicați în acest mod.

Coautorii cercetării includ studenții doctoranzi Xu Changyu și Yang Zilin de la Școala de Inginerie Mecanică și Aerospațială. 

“Pe lângă chirurgie, roboții noștri ar putea fi de valoare și în aplicații biomedicale, cum ar fi asamblarea dispozitivelor lab-on-chip care pot fi utilizate pentru diagnostice clinice prin integrarea mai multor procese de laborator pe un singur cip,” au spus ei. 

Testarea roboților

Echipa de cercetare a testat roboții în experimente de laborator și a demonstrat agilitatea și viteza lor. 

Cu un robot inspirat de meduză, echipa a controlat-o să înoate printr-o barieră strâmtă atunci când a fost suspendată în apă. Acest experiment a demonstrat cum roboții pot negocia bariere în medii dinamice și incerte, ceea ce înseamnă că, în viitor, ar putea fi utilizați pentru aplicații biomedicale țintite, cum ar fi procedurile chirurgicale. 

Robotul miniatură a depășit, de asemenea, cea mai rapidă rotație a oricărui robot miniatură existent. 

Echipa de cercetare va încerca acum să facă roboții și mai mici, aducându-i la câteva sute de micrometri. Ei doresc, de asemenea, ca aceștia să devină în cele din urmă complet autonomi.