高速灵活!NTU 科学家研发受磁场控制的毫米级机器人

162天前     726

NTU的科学家研发了一种由磁场控制的毫米级机器人,可以实现在复杂环境中的高度可控、灵活的操作,有望应用于生物医学制造业

研发过程与特征

新加坡南洋理工大学的一个科研团队通过把磁性微粒嵌入具有生物相容性的无害聚合物,发明了一种毫米级机器人,可以执行更为复杂、灵活、快速的操作。操作员通过改变计算机程序,改变磁场的强度和方向,从而实现远程控制机器人的运动。

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Miniature Robots 图片来源:NTU Singapore

与现存微型机器人不同的是,NTU自制的机器人优化了六自由度。六自由度是指沿着三个直角坐标轴方向的平移自由度和围绕这三个轴的转动自由度。在精确控制方向的前提下,这种新型机器人的旋转速度可以比现存的六自由度机器人快43倍

该研究的第一作者表示,团队的成功就在于发现了磁场中“难以捉摸”的第三和最后一个主矢量,从而更加准确快速地控制机器人的行为。之前的研究只用了两个主矢量定义磁场。他们提出的这种方法,可以使机器人的六自由度转矩扩大51至297倍,这一关键发现代表了微型机器人技术的重大进步

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从左至右:Assistant Professor Lum Guo Zhan,

Ph.D. students Yang Zilin and Xu Changyu

图片来源:NTU Singapore

医学与制造业应用前景

医学

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机器人越过障碍 图片来源:ADVANCED MATERIALS

在一个仿生水母机器人的实验中,微型机器人可以快速地越过各种障碍、穿过一条狭窄的通道。该实验表明,这些机器人能够应用于不确定的动态环境中,并进入现有机器人无法到达的封闭空间

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人脑结构图 图文来源:网络

因此在未来,这种微型机器人还可能为“难以到达”的重要器官(如大脑)进行创新的外科手术,但在机器人最终被部署于特定的医疗领域前,仍需要大量的工作和测试。除了外科手术,该微型机器人还可以组装集成了多个实验室流程功能的芯片设备,用于临床诊断

制造业

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机器人组装3D结构 图片来源:ADVANCED MATERIALS

利用这种微型机器人快速灵活操作的特点,将它们作为机器人抓手,可以实现在不到5分钟的时间里组装一个3D结构,比现有的微型机器人快20倍。因此,这种机器人将有望应用于制造微型设备的“微型工厂”中。

NTU机械与航空航天工程学院的一位教授说:“这款微型机器人的发明,完美地说明了当工程创新基于科学原理的深刻理解时,是如何帮助我们研发出造福人类的先进机器人的。这项研究可以在许多领域产生深远的影响:从创新的外科手术方法到未来制造中的微型装配。”

目前,该研究团队正在研发几百微米量级的机器人,并最终实现机器人的自动化控制

参考文献:

1. "NTU Singapore scientists make highly manoeuvrable miniature robots controlled by magnetic fields" NTU Media Release;

2. “Miniature Robots with Six Degrees of Freedom” Machine Design.

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