Robot có kích thước milimet được điều khiển bằng từ trường

Các nhà khoa học tại Đại học Công nghệ Nanyang, Singapore (NTU Singapore) đã phát triển các robot có kích thước milimet được điều khiển bằng từ trường. Những robot này có khả năng thực hiện các thao tác khéo léo và cơ động cao, đồng thời chúng có thể có tác động lớn trong các lĩnh vực như y sinh học và sản xuất. 

Nghiên cứu được công bố trên tạp chí khoa học Vật liệu tiên tiến vào tháng Năm. 

Xây dựng dựa trên rô-bốt quy mô nhỏ hiện có

Các robot thu nhỏ được tạo ra bằng cách nhúng các vi hạt từ tính vào các polyme tương thích sinh học, là vật liệu không độc hại đối với con người. Các rô-bốt được lập trình để khi có từ trường tác dụng, chúng sẽ thực hiện các chức năng mong muốn. 

Công nghệ mới được xây dựng dựa trên các rô-bốt quy mô nhỏ trước đó và các bổ sung mới bao gồm khả năng di chuyển theo sáu bậc tự do (DoF) được tối ưu hóa, đó là chuyển động tịnh tiến dọc theo ba trục không gian và chuyển động quay quanh các trục đó hoặc cuộn , cao độ và góc ngáp. 

Các nhà nghiên cứu trước đây đã phát triển sáu robot thu nhỏ DoF, nhưng các phiên bản mới có thể quay nhanh hơn 43 lần trong DoF thứ sáu quan trọng, miễn là hướng của chúng được điều khiển chính xác.

Do sử dụng vật liệu 'mềm' trong quá trình chế tạo nên rô-bốt có thể tái tạo chất lượng cơ học. Ví dụ, một người có thể bơi trong khi người khác có thể nắm, nhặt và đặt các đồ vật thu nhỏ một cách chính xác. 

Trợ lý giáo sư Lum Guo Zhan từ Trường Y khoa và Kỹ thuật hàng không vũ trụ là tác giả chính của nghiên cứu.

Theo Giáo sư Lum, tiến bộ lớn phụ thuộc rất nhiều vào việc phát hiện ra vectơ chính thứ ba và cuối cùng 'khó nắm bắt' của từ trường. Trước khám phá này, từ trường ứng dụng chỉ được xác định theo hai vectơ chính. 

“Nhóm của tôi đã tìm cách khám phá các nguyên tắc hoạt động cơ bản của rô-bốt thu nhỏ có chuyển động sáu DoF thông qua công việc này. Bằng cách hiểu đầy đủ về vật lý của những rô-bốt thu nhỏ này, giờ đây chúng ta có thể điều khiển chính xác chuyển động của chúng. Hơn nữa, phương pháp chế tạo được đề xuất của chúng tôi có thể từ hóa các rô-bốt này để tạo ra các mô-men xoắn sáu DoF lớn hơn từ 51 đến 297 lần so với các thiết bị hiện có khác. Do đó, những phát hiện của chúng tôi rất quan trọng và chúng đại diện cho một tiến bộ đáng kể đối với các công nghệ rô-bốt quy mô nhỏ,” Asst cho biết. Giáo sư Lém.

Các rô-bốt thu nhỏ có kích thước bằng một hạt gạo, vì vậy chúng rất hữu ích khi cố gắng đi vào những không gian hạn chế và kín hạn chế các rô-bốt lớn. Điều này có nghĩa là sự phát triển mới đặc biệt hữu ích trong y học.

Robot có thể được điều khiển từ xa bởi người điều khiển và chương trình chạy trên máy tính điều khiển. Chương trình thay đổi cường độ và hướng của từ trường được tạo ra bởi một hệ thống cuộn dây điện từ. 

Trong y học, các robot thu nhỏ có thể tiếp cận một số cơ quan quan trọng nhất định như não, nhưng sẽ cần phải thử nghiệm và điều chỉnh nhiều hơn nữa trước khi chúng có thể được áp dụng theo cách này.

Các đồng tác giả của nghiên cứu bao gồm các nghiên cứu sinh Xu Changyu và Yang Zilin từ Trường Kỹ thuật Cơ khí và Hàng không Vũ trụ. 

“Bên cạnh phẫu thuật, robot của chúng tôi cũng có thể có giá trị trong các ứng dụng y sinh như lắp ráp các thiết bị phòng thí nghiệm trên chip có thể được sử dụng để chẩn đoán lâm sàng bằng cách tích hợp một số quy trình phòng thí nghiệm trên một con chip,” họ nói. 

Thử nghiệm Robot

Nhóm nghiên cứu đã thử nghiệm các robot trong các thí nghiệm trong phòng thí nghiệm và chứng minh sự khéo léo cũng như tốc độ của chúng. 

Với một bot lấy cảm hứng từ sứa, nhóm đã điều khiển nó bơi qua một hàng rào mở kín khi lơ lửng trong nước. Thí nghiệm này đã chứng minh cách robot có thể vượt qua các rào cản trong môi trường năng động và không chắc chắn, nghĩa là trong tương lai, chúng có thể được sử dụng cho các ứng dụng y sinh mục tiêu như quy trình phẫu thuật. 

Robot thu nhỏ cũng vượt quá tốc độ quay nhanh nhất của bất kỳ robot thu nhỏ nào hiện có. 

Giờ đây, nhóm nghiên cứu sẽ tìm cách làm cho các robot thậm chí còn nhỏ hơn nữa, đưa chúng xuống kích thước vài trăm micromet. Họ cũng muốn chúng cuối cùng được tự chủ hoàn toàn.