NTU毫米大小的机器人的尺寸大约相当于一粒米，可以通过磁场进行控制。Cre dit:南洋理工大学新加坡南洋理工大学(NTU新加坡)的一个科学家团队开发了毫米大小的机器人，可以使用磁场进行控制，以执行高度机动和灵巧的操作。这将为未来可能在生物医学和制造业中的应用铺平道路。研究小组通过将磁性微粒嵌入生物相容性聚合物——对人类无害的无毒材料——来制造微型机器人。当施加磁场时，机器人被“编程”来执行其设计的功能。
NTU制造的机器人通过优化其在六个自由度(DoF)上的移动能力，对许多现有的小型机器人进行了改进——即沿着三个空间轴的平移运动，以及围绕这三个轴的旋转运动，通常称为滚动、俯仰和偏航角。
虽然研究人员之前已经创造了六自由度微型机器人，但新的NTU微型机器人在关键的第六自由度上，当其方向被精确控制时，旋转速度比它们快43倍。它们也可以由“软”材料制成，因此可以复制重要的机械特性——一种可以像水母一样“游泳”，另一种具有抓握能力，可以精确地拾取和放置微型物体。
NTU团队的这项研究于2021年5月发表在同行评审的科学期刊《先进材料》上，并被列为6月10日的封面。
该研究的主要作者、来自机械和航空航天工程学院的助理教授卢姆·国战说，导致该团队取得成就的关键因素是李娥发现了这些磁场的“难以捉摸的”第三个也是最后一个主矢量，这对控制这些机器至关重要。
相比之下，以前的工作只是用两个主矢量来定义外加磁场。
“我的团队试图通过这项工作揭示具有六自由度运动的微型机器人的基本工作原理。通过充分理解这些微型机器人的物理特性，我们现在能够精确地控制它们的运动。此外，我们提出的制造方法可以磁化这些机器人，产生比其他现有设备大51至297倍的六自由度扭矩。因此，我们的发现至关重要，它们代表了小型机器人技术的重大进步，”卢助理教授解释道。
适用于外科手术、制造业的遥控微型机器人
NTU团队表示，这种微型机器人的尺寸约为一粒米，可以用来到达现有机器人目前无法到达的封闭空间，这使得它们在医学领域特别有用。
机器人的运动可以由操作员远程控制，使用运行在控制计算机上的程序，精确地改变由电磁线圈系统产生的磁场的强度和方向。
NTU团队表示，微型机器人还可能激发未来针对大脑等“难以触及”的重要器官的新型外科手术，并补充说，在微型机器人最终能够用于其目标医疗应用之前，还需要完成更多的工作和测试。
该研究的合著者、机械与航空航天工程学院的博士生徐长宇和杨子林表示，“除了外科手术，我们的机器人还可能在生物医学应用中有价值，例如通过将几个实验室过程集成在一个芯片上，组装可用于临床诊断的片上实验室设备。”
NTU微型机器人游过障碍，组装结构
在实验室实验中，研究小组展示了微型机器人的灵巧性和速度。
利用一个水母启发的机器人，NTU团队展示了当悬浮在水中时，它是如何快速游过障碍物的狭窄开口的。这个演示非常重要，因为它表明这些机器人能够在动态和不确定的环境中跨越障碍，这对于它们未来的目标生物医学应用来说是一个非常理想的能力，例如在“难以到达”的重要器官(如大脑)的外科手术中。
为了展示精确的方向控制，微型机器人还记录了其第六自由度运动的每秒173度的旋转速度，超过了现有微型机器人实现的最快旋转速度，即其第六自由度运动的每秒4度。
借助他们的抓取机器人，科学家们能够在不到五分钟的时间内组装出一个3D结构，该结构由位于两个Y形高跷顶上的一根杆组成，比现有微型机器人的速度快约20倍。研究人员表示，这种概念验证表明，有一天它们可能会被用于制造微型器件的“微型工厂”。
来自MAE学院的杰出大学教授、享有盛誉的2021年美国机械工程师学会Timoshenko奖章获得者高华健教授提供了一个独立的观点，他说:“这是一个完美的例子，说明根植于深刻科学理解的工程独创性如何帮助我们开发先进的机器人技术，造福人类。这项研究工作可以在许多领域产生深远的影响，从新颖的外科手术方法到未来制造业的小规模组装过程。”
来源：由phyica.com整理转载自PH，转载请保留出处和链接！
