Robot cỡ milimét được điều khiển bằng trường từ

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

Nghiên cứu này đã được công bố trên tạp chí khoa học Advanced Materials vào tháng 5.

Xây dựng trên cơ sở robot nhỏ hiện có

Các robot nhỏ này được tạo ra bằng cách nhúng các hạt từ tính vào polymer sinh học, là các vật liệu không độc hại đối với con người. Các robot được lập trình để khi trường từ được áp dụng, chúng sẽ thực hiện các chức năng mong muốn.

Công nghệ mới này được xây dựng trên cơ sở robot nhỏ hiện có, và các bổ sung mới bao gồm khả năng di chuyển được tối ưu hóa trong sáu bậc tự do (DoF), là chuyển động dọc theo ba trục không gian và chuyển động quay quanh các trục đó, hoặc góc lăn, góc nghiêng và góc yaw.

Các nhà nghiên cứu đã từng phát triển robot nhỏ sáu bậc tự do trước đây, nhưng các phiên bản mới này có thể quay nhanh hơn 43 lần trong bậc tự do quan trọng thứ sáu, miễn là hướng của chúng được kiểm soát chính xác.

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

Do sử dụng vật liệu “mềm” trong cấu trúc của chúng, các robot có thể sao chép các đặc tính cơ học. Ví dụ, một robot có thể bơi lội trong khi robot khác có thể cầm, nhặt và đặt các vật thể nhỏ một cách chính xác.

Giáo sư phụ tá Lum Guo Zhan từ Trường Y học và Kỹ thuật Hàng không là tác giả chính của nghiên cứu.

Theo Giáo sư Lum, sự tiến bộ lớn này phụ thuộc rất nhiều vào việc phát hiện ra “vector chính thứ ba và cuối cùng” của trường từ tính. Trước khi phát hiện này, các trường từ tính được áp dụng chỉ được định nghĩa theo hai vector chính.

“Đội ngũ của tôi đã cố gắng khám phá các nguyên tắc hoạt động cơ bản của robot nhỏ có sáu bậc tự do thông qua công việc này. Bằng cách hiểu đầy đủ về vật lý của các robot nhỏ này, chúng tôi hiện có thể kiểm soát chính xác chuyển động của chúng. Hơn nữa, phương pháp sản xuất đề xuất của chúng tôi có thể tạo ra từ tính cho các robot để sản xuất mô-men xoắn sáu bậc tự do lớn hơn 51 đến 297 lần so với các thiết bị hiện có khác. Các phát hiện của chúng tôi do đó rất quan trọng và đại diện cho một bước tiến đáng kể cho công nghệ robot nhỏ,” Giáo sư Lum nói.

Các robot nhỏ này có kích thước khoảng bằng một hạt gạo, vì vậy chúng rất hữu ích khi cần tiếp cận các không gian bị giới hạn và kín mà các robot lớn không thể tiếp cận. Điều này có nghĩa là sự phát triển mới này đặc biệt hữu ích trong y học.

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

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

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

“Ngoài phẫu thuật, robot của chúng tôi cũng có thể được sử dụng trong các ứng dụng y sinh như lắp ráp thiết bị trên chip mà có thể được sử dụng cho chẩn đoán lâm sàng bằng cách tích hợp nhiều quá trình phòng thí nghiệm trên một chip,” họ nói.

Thử nghiệm robot

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

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

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

Đội ngũ nghiên cứu sẽ tiếp tục làm cho các robot thậm chí còn nhỏ hơn, giảm kích thước xuống vài trăm micromet. Họ cũng muốn chúng trở nên hoàn toàn tự động trong tương lai.