Top.Mail.Ru
Наука и технология 

Ученые создают высокоманевренные миниатюрные роботы, управляемые магнитными полями

Ученые создают высокоманевренные миниатюрные роботы, управляемые магнитными полями

Исследовательская группа создала миниатюрных роботов, встраивая магнитные микрочастицы в биосовместимые полимеры – нетоксичные материалы, безвредные для человека. Роботы «запрограммированы» на выполнение желаемых функций при приложении магнитных полей.
Роботы, изготовленные в NTU, улучшают многие существующие мелкомасштабные роботы, оптимизируя их способность двигаться с шестью степенями свободы (DoF), то есть поступательное движение по трем пространственным осям и вращательное движение вокруг этих трех оси, широко известные как углы крена, тангажа и рыскания.
В то время как исследователи ранее создали шесть миниатюрных роботов DoF, новые миниатюрные роботы NTU могут вращаться в 43 раза быстрее, чем они, в критическом шестом DoF, когда их ориентация точно контролируется.

Они также могут быть сделаны из «мягких» материалов и, таким образом, могут воспроизводить важные механические качества – один тип может «плавать», как медуза, а другой обладает способностью захвата, которая может точно подбирать и размещать миниатюрные предметы.
Исследование команды НТУ было опубликовано в рецензируемом научном журнале Advanced Materials в мае 2021 года и фигурирует на обложке номера от 10 июня.
Ведущий автор исследования, доцент Люм Го Чжань из Школы механической и аэрокосмической инженерии сказал, что решающим фактором, приведшим к успеху команды, является открытие «неуловимого» третьего и последнего главного вектора этих магнитных полей, а именно: критично для управления такими машинами.

Напротив, в предыдущих работах применяемые магнитные поля определялись только с помощью двух основных векторов.

«Моя команда стремилась раскрыть фундаментальные принципы работы миниатюрных роботов, у которых есть движения с шестью степенями свободы. Полностью понимая физику этих миниатюрных роботов, теперь мы можем точно контролировать их движения. Кроме того, предлагаемый нами метод изготовления может намагничивать этих роботов для создания в 51–297 раз большего крутящего момента с шестью степенями свободы, чем у других существующих устройств. Таким образом, наши выводы имеют решающее значение и представляют собой значительный прогресс в области маломасштабных робототехнических технологий », – поясняет Ассист Проф Лум.

Миниатюрные роботы с дистанционным управлением, подходящие для хирургического и производственного использования
По словам команды NTU, миниатюрные роботы размером примерно с рисовое зерно могут использоваться для достижения замкнутых и замкнутых пространств, недоступных для существующих роботов, что делает их особенно полезными в области медицины.
Оператор может дистанционно управлять движениями роботов с помощью программы, запущенной на управляющем компьютере, которая точно меняет силу и направление магнитных полей, создаваемых системой электромагнитных катушек.

Миниатюрные роботы могут также вдохновить на создание новых хирургических процедур для «труднодоступных» жизненно важных органов, таких как мозг, в будущем, сказала команда NTU, добавив, что еще предстоит выполнить гораздо больше работы и испытаний, прежде чем миниатюрные роботы смогут в конечном итоге быть развернуты для своих целевых медицинских приложений.

Соавторы исследования, аспиранты Сюй Чанъюй и Ян Цзилинь из Школы механической и аэрокосмической инженерии, сказали: «Помимо хирургии, наши роботы также могут быть полезны в биомедицинских приложениях, таких как сборка устройств« лаборатория на кристалле », которые могут быть используется для клинической диагностики за счет интеграции нескольких лабораторных процессов на одном чипе.»
Миниатюрные роботы NTU преодолевают преграды, собирают конструкции
В лабораторных экспериментах группа исследователей продемонстрировала ловкость и скорость миниатюрных роботов.

Используя робота, вдохновленного медузами, команда NTU показала, как он может быстро проплывать через плотное отверстие в преграде, когда он висит в воде. Эта демонстрация имела большое значение, поскольку предполагала, что эти роботы могут преодолевать препятствия в динамичных и неопределенных средах, и это может быть очень желательной способностью для их целевых биомедицинских приложений в будущем, например, в хирургических процедурах для “ труднодоступных ” жизненно важных такие органы, как мозг.

Демонстрируя точное управление ориентацией, миниатюрный робот также записал скорость вращения 173 градуса в секунду для своего шестого движения DoF, что превышает самое быстрое вращение, которое достигли существующие миниатюрные роботы, которое составляет четыре градуса в секунду для их шестого движения DoF.
С помощью своего робота-захвата ученые смогли собрать трехмерную конструкцию, состоящую из штанги, расположенной на двух Y-образных ходулях, менее чем за пять минут, что примерно в 20 раз быстрее, чем существующие миниатюрные роботы могли это сделать. Эта демонстрация концепции, говорят исследователи, предполагает, что однажды они могут быть использованы на «микрозаводах», которые создают микромасштабные устройства.

Команда NTU теперь стремится сделать своих роботов еще меньше, в масштабе нескольких сотен микрометров, и в конечном итоге сделать роботов полностью автономными с точки зрения управления.
Видео: https: // www.YouTube.com / watch?v = jLu7q7ieQek & t = 21s

Похожие записи