【醫療手術新星】南洋理工大學「微型磁控機器人」,能像「水母」在六自由度中高速旋轉

【為什麼我們要挑選這篇文章】近來機器人大舉應用在醫療與製造業領域,以減少人為出錯與加快作業速度,然而機器人在面臨不規則場域時,移動的「精準度」也成為許多開發者頭痛的問題。

南洋理工大學研發出 2 款透過「磁力」遠端控制的微型機器人,其最大的特色就是能在六個自由度中快速旋轉,有望在未來應用於醫療產業精密的外科手術與製造業的「微型工廠」建造中。(責任編輯:何泰霖)

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。

與過去相比,新的微型機器人能夠沿著三個座標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(DoF)中旋轉的速度較過去快 43 倍。

新型機器人的製作是將磁性微粒嵌入到具有生物相容性的聚合物中,這類「軟」材料的特性,讓它可以複製重要的機械特徵,比如像水母一樣「游泳」,或者抓握的能力,便於拾取和放置物體。

而當外部透過電腦執行「程式語言」改變磁場的強度與方向時,機器人可以執行其所需的功能。

該研究已於 2021 年 5 月發表在科學期刊 Advanced Materials 上,並作為 6 月 10 日刊物的封面。

論文傳送門

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

相比之下,過去施加的磁場僅由兩個主向量進行定義。

「團隊透過這項研究,試圖掌握具有六個自由度運動控制的微型機器人,其基本的工作原理。在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它們運動。此外,我們提出的製造方法可以磁化這些機器人,以產生比其他現有設備大 51 到 297 倍的六個自由度扭矩。該項研究代表了小型機器人技術的重大進步。」Lum 說。

磁控微型機器人,有望用於醫療手術和製造業

南大團隊表示,微型機器人大約只有一粒米那麼大,可用在現有機器人無法進入的狹窄封閉空間,尤其在醫學領域作用特別適合。

機器人的運動可以由操作人員遠端控制,只需使用在電腦上執行的程式,就可以精確地改變電磁線圈系統產生的磁場強度和方向。

團隊表示,未來,微型機器人還可開創一些用在大腦和「難以觸及」的重要器官上新型外科手術。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。

該研究的共同作者、機械與航太工程學院的博士生 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,如組裝實驗室晶片( lab-on-chip)設備,透過在一個晶片上整合幾個實驗室化學、生物分析功能,可用於臨床診斷。」

2 大新機器人,一種能像水母般旋轉穿越障礙物

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,同時能夠快速游過障礙物上的一個狹窄開口。

這項展示證明,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應用中能大有作為的地方。

為了展示精確的方向控制,該微型機器人還在其第六個自由度運動中創下記錄,每秒 能有 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。

另外,另一個抓取機器人,科學家們能夠在不到 5 分鐘的時間內組裝一個在兩個 Y 形高蹺上的桿子組成的 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設備的「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。

(本文經合作夥伴 大數據文摘 授權轉載,並同意 TechOrange 編寫導讀與修訂標題,原文標題為 〈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  〉。)

參考資料:sciencedaily

你可能有興趣

培育 5G、AI 人才即戰力!凌華、中原大學合開 ROS2 機器人課程, 加速產學銜接
【物理大師理查·費曼預言成真】跟草履蟲一樣大的機器人誕生!未來人類可以「吞下」外科醫生了?
一人抵三人用!「智咖大師」咖啡機器人,一天可做 1000 杯手沖咖啡


《TechTaiwan》國際版 2021 正式上線

國外都在關注台灣的哪些科技消息呢? 立即至 Facebook 按讚、Twitter 及 LinkedIn 追蹤,第一手國際趨勢、科技洞察都會在 TechTaiwan 官方網站 哦!

點關鍵字看更多相關文章: