Ученые разработали миллиметровых роботов, управляемых с помощью магнитных полей. Такие роботы хорошо подходят для микропроизводств — они могут выполнять тонкие манипуляции и маневры гораздо лучше, чем уже существующие мелкомасштабные механизмы. Но это не единственная сфера их применения.
Группа разработчиков из NTU (Сингапур) создала новых микророботов. Для их производства ученые интегрировали магнитные миниатюрные частицы в биосовместимые полимеры — материалы, которые можно без опасений использовать в человеческом организме. Новые роботы гораздо лучше уже имеющихся мелкомасштабных механизмов: они тоже могут двигаться с шестью степенями свободы, то есть совершать поступательные и вращательные движения по трем осям, но в дополнение к этому они еще очень быстро вращаются (быстрее аналогов примерно в 43 раза) и при этом оператор контролирует все движения с высокой точностью.
Также для изготовления роботов можно использовать мягкие материалы и благодаря этому получать на выходе важные свойства: например, один из новых механизмов умеет «плавать» и воспроизводит движения медузы, а другой обладает таким захватом, что может точно манипулировать миниатюрными предметами.
Но самое главное — роботы управляются с помощью магнитных полей, которые, в свою очередь, генерируются электромагнитными катушками. Причем магнитное поле можно прикладывать и к третьему вектору движения, а не только к первым двум, как было раньше. Оператор дистанционно управляет роботами с помощью программного обеспечения, точно изменяя силу и направленность магнитных полей.
Благодаря малому размеру микророботы особенно интересуют ученых для использования в биомедицине и на микропроизводствах. С их помощью можно заменить хирургические вмешательства на менее инвазивные процедуры и выполнять более точные манипуляции. Учитывая, что у новых роботов крутящий момент в 51–297 раз больше, чем у других подобных устройств, изобретение имеет решающее значение — это огромный прогресс в сфере малых робототехнических технологий.
На видео: лабораторные опыты NTU с новыми роботами
В лабораторных экспериментах исследователи продемонстрировали ловкость и скорость миллиметровых роботов: они показали, как быстро механизм может проплывать через отверстие в преграде, когда он находится в воде. Таким образом, роботы могут преодолевать препятствия в динамичных и неопределенных средах, а эта способность важна для их использования в биомедицине. Предыдущие разработки в подобных средах имели низкую точность управления, двигались медленно и рывками.
С помощью еще одного робота ученые смогли собрать трехмерную структуру из стержня и двух Y-образных штырей, менее чем за пять минут, что примерно в 20 раз быстрее, чем это могли сделать уже существующие миниатюрные роботы. Это, в свою очередь, доказывает, что разработка может быть использована на микрозаводах, где создают микромасштабные устройства.
Авторы работы рассчитывают, что их роботы в будущем вдохновят других специалистов на создание новых хирургических процедур, например, на мозге. Также они могут быть полезны в биомедицине, например, при сборке устройств «лаборатория на кристалле» для клинической диагностики путем объединения нескольких лабораторных процессов на одном чипе.
Команда ученых теперь планирует еще уменьшить своих роботов (до нескольких сотен микрометров) и сделать их полностью автономными с точки зрения управления.
Фото: Миллиметровые роботы, разработанные учеными NTU. Изображение: NTU
