Учёные из Южного методистского университета (Southern Methodist University) разработали новую систему магнитных катушек, которая позволяет управлять микророботами без необходимости непрерывного отслеживания их положения. Это достижение решает давнюю проблему, существующую в данной области. Большинство существующих систем для микророботов полагаются на камеры или инструменты визуализации для мониторинга движения в реальном времени. Эти методы могут быть медленными, дорогостоящими или ненадёжными, особенно в условиях ограниченной видимости, например, внутри человеческого тела или в промышленных трубопроводах.
Новая система устраняет эту зависимость за счёт генерации однородного градиента магнитного поля, который прикладывает постоянную силу к микророботам, независимо от того, где именно в рабочем пространстве они находятся. Ведущий изобретатель Сангвон Ли пояснил, что в реальных условиях методы визуализации могут быть сложными, медленными, дорогими или ненадёжными. Он добавил, что, уменьшая или полностью устраняя необходимость в отслеживании положения, система становится проще, надёжнее и практичнее для использования в труднодоступных для обзора средах, при этом обеспечивая контролируемое движение.
Вместо того чтобы постоянно корректировать силы в зависимости от положения робота, система гарантирует, что микророботы испытывают одинаковое магнитное притяжение во всём поле. Это устраняет необходимость в непрерывном обновлении данных о позиции, которое традиционно считалось критически важным для точной навигации. Установка использует шесть катушек, расположенных тремя парами вдоль осей X, Y и Z, для создания трёхмерных магнитных полей. Для обеспечения точности система была откалибрована с помощью триаксиального магнитометра. Чтобы точно настроить производительность, исследователи применили математический подход, известный как тихоновская регуляризация, для расчёта правильного тока для каждой катушки и избежания ошибок, вызванных несоосностью.
Затем команда проверила систему с помощью симуляций и испытаний в реальных условиях. Результаты показали 99-процентное совпадение между предсказанным и наблюдаемым поведением магнитного поля, что подтвердило надёжность системы. Данная система, известная как триаксиальный инструмент с катушками Гельмгольца, была построена с использованием шести катушек, расположенных тремя перпендикулярными парами для создания управляемых магнитных полей во всех направлениях. Исследователи использовали триаксиальный магнитометр для калибровки установки и обеспечения однородности магнитного поля во всём рабочем пространстве. Они также полагались на симуляции в среде COMSOL, чтобы смоделировать поведение поля перед тестированием в реальных условиях. Такое сочетание моделирования и экспериментов помогло подтвердить, что система может надёжно направлять микророботов без необходимости постоянной обратной связи от систем визуализации.
Способность управлять микророботами без визуального отслеживания открывает новые возможности в медицине и промышленности. Сангвон Ли отметил, что это достижение особенно важно для биомедицинских применений, где микророботы потенциально могут доставлять лекарства в точные места, выполнять малоинвазивные процедуры или проводить диагностику в тех областях тела, которые труднодоступны для традиционных инструментов. Поскольку система не полагается на камеры, она может работать в средах, где визуализация невозможна, например, внутри непрозрачных жидкостей или узких замкнутых структур. В настоящее время исследователи изучают альтернативные способы оценки положения микророботов с использованием датчиков, отличных от камер, что может ещё больше улучшить управление в сложных средах. Эта разработка знаменует собой сдвиг от систем, сильно зависящих от отслеживания, к более автономным методам управления, что потенциально упрощает развёртывание микророботов в реальных условиях.
Исследование было опубликовано в журнале IEEE Access.
Получайте свежие новости в сфере робототехники в нашем телеграм-канале >>