南洋理工大學最新微型機器人：可遙控，旋轉速度超目前最快43倍

2021-06-17 12:33:24

大資料文摘出品

來源：sciencedaily

最近，新加坡南洋理工大學的研究小組成功開發出最新的微型機器人。

與此前相比，新的微型機器人能夠沿三個空間軸實現平移運動和旋轉運動，同時，該機器人在關鍵的第六個自由度中的旋轉速度要快43倍。

新型機器人的製作是由磁性微粒嵌入生物相容性聚合物中得以完成的，因此它可以複製重要的機械特徵，比如像水母一樣擁有，或者抓握的能力，便於拾取和放置物體。

而當外部施加磁場時，機器人被「程式設計」以執行其所需的功能。

該研究已於2021年5月發表在同行評審的科學期刊Advanced Materials上，並作為6月10日刊的封面。

論文連結：

https://www3.ntu.edu.sg/CorpComms2/Research%20Papers/Small-Scale%20Magnetic%20Actuators%20with%20Optimal%20Six%20Degrees-of-Freedom.pdf

該研究的主要作者、機械與航空航天工程學院的Lum Guo Zhan說，團隊取得成就的關鍵因素在於發現了磁場的「難以捉摸的」第三個也是最後一個主向量，這對控制此類機器至關重要。

相比之下，此前施加的磁場僅由兩個主向量進行定義。

「團隊試圖通過這項工作，揭示具有六個自由度運動的微型機器人的基本工作原理。通過充分了解這些微型機器人的物理特性，我們現在能夠準確地控制運動。此外，我們提出的製造方法可以磁化這些機器人，以產生比其他現有裝置大51到297倍的六自由度扭矩。該項研究代表了小型機器人技術的重大進步。」Lum說。

能用於手術和製造業的遙控微型機器人

南大團隊表示，微型機器人大約只有一粒米那麼大，可用於到達現有機器人無法進入的狹窄封閉空間。這在醫學領域作用尤為明顯。

機器人的運動可以由操作員遠端控制，只需使用在控制計算機上運行的程式，就能可以精確地改變電磁線圈系統產生的磁場的強度和方向。

團隊表示，未來，微型機器人還可能用於激發大腦等「難以觸及」的重要器官的新型外科手術。不過，在該機器人正式落地之前，還需要進行大量的工作和測試。

該研究的合著者、機械與航空航天工程學院的博士生Xu Changyu和Yang Zilin說：「除了手術之外，該機器人在生物醫學應用也有一定價值，如組裝晶片上的實驗室裝置，通過在一個晶片上整合幾個實驗室過程，可用於臨床診斷。」

高度靈活，還能快速組裝裝置

在實驗中，研究小組還展示了微型機器人的靈巧和速度。

研究小組主要展示了一個受水母啟發的機器人，該機器人能懸浮在水中，同時能夠快速遊過障礙物上的一個狹窄開口。

這項展示表明，該機器人能夠在動態和不確定的環境中穿越障礙物，這可能是它們未來在生物醫學領域的目標應用中大有作為的地方。

為了展示精確的方向控制，該微型機器人還記錄了其第六個自由度運動的每秒173度的旋轉速度，這個速度超過了現有微型機器人所達到的最快旋轉速度。

並且，通過抓取機器人，科學家們能夠在不到5分鐘的時間內組裝一個在兩個Y形高蹺上的杆子組成的3D結構，比現有的微型機器人的速度快了大約20倍。

研究人員說，這一概念驗證表明，有朝一日機器人可能會用於建造微型裝置的「微型工廠」中。

南洋理工大學的團隊希望將他們的機器人做得更小，達到幾百微米的規模，並最終使機器人在控制方面完全自主。

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https://www.sciencedaily.com/releases/2021/06/210615132258.htm