Robot nhỏ điều khiển bằng từ trường

Robot chuyển động theo 6 bậc tự do

Những robot có kích thước milimet hoặc các thiết bị truyền động không dây, được thiết kế từ các vi hạt từ tính nhúng vào polymer tương thích sinh học (vật liệu không độc hại với môi trường và con người), hoạt động khi áp đặt một từ trường có điều khiển. Các robot được phát triển trên cơ sở những robot mini hiện có bằng giải pháp tối ưu hóa khả năng di chuyển theo 6 bậc tự do (DoF).

DoF là chuyển động tịnh tiến dọc theo 3 trục không gian và chuyển động quay quanh ba trục đó, thường được gọi là góc cuộn, góc nghiêng và góc lệch.

Tính năng mới của robot mini là có thể xoay nhanh hơn 43 lần so với robot trước đó, đồng thời cùng lúc di chuyển 6 bậc tự do (DoF) cho phép điều khiển chính xác robot.

Một điểm khác biệt nữa là robot có thể được chế tạo bằng vật liệu "mềm" nên sẽ có được những tính năng cơ học quan trọng. Các nhà khoa học đã thử nghiệm một loại robot có thể mô phỏng chuyển động của sứa, một loại robot khác có khả năng cầm nắm, có thể lựa chọn và đặt các vật thể nhỏ với độ chính xác cao.

Các robot kích thước milimet NTU tương đương một hạt gạo và có thể được điều khiển bằng các vectors từ trường. PGS Lum Guo Zhan thuộc Trường Kỹ thuật Cơ khí và Hàng không vũ trụ cho biết, phát hiện ra vector thứ ba “khó nắm bắt” của từ trường có ý nghĩa quan trọng trong điều khiển các cỗ máy thu nhỏ. Những công trình trước đây chỉ xác định ứng dụng từ trường dưới dạng hai vectơ chính.

Các robot có kích thước milimet NTU, tương đương một hạt gạo và có thể điều khiển bằng từ trường.

Theo PGS Zhan, phương pháp chế tạo robot này có thể từ hóa những robot mini, tạo ra mômen xoắn sáu bậc tự do DoF gấp 51 - 297 lần so với các thiết bị hiện có khác. Phát minh này có ý nghĩa then chốt, là thành công lớn trong phát triển các công nghệ robot nhỏ.

Nhóm nghiên cứu các robot kích thước milimet: PGS Lum Guo Zhan, Nghiên cứu sinh TS Yang Zilin và Xu Changyu thuộc Trường Cơ khí và Hàng không Vũ trụ NTU.

Ứng dụng trong phẫu thuật và sản xuất chi tiết nhỏ

Robot NTU có thể được điều khiển từ xa bởi người dùng, sử dụng một chương trình chạy trên máy tính, có thể thay đổi chính xác cường độ và hướng của từ trường do một hệ thống các cuộn dây điện từ tạo ra.

Nhóm NTU hy vọng rằng, các robot thu nhỏ tinh vi có thể ứng dụng trong các quy trình phẫu thuật mới các cơ quan quan trọng, “khó tiếp cận” như não. 

Robot mini có thể được sử dụng trong các ứng dụng y sinh như lắp ráp các thiết bị “phòng thí nghiệm trên chip” được sử dụng để chẩn đoán lâm sàng bằng phương pháp tích hợp một số quy trình thí nghiệm trên một chip nhỏ.

Trong phòng thí nghiệm, nhóm NTU đã chứng minh, một robot có chuyển động như sứa có thể bơi nhanh qua một khe hở hẹp của một vật cản khi lơ lửng trong nước.

Cho thấy khả năng vượt qua các rào cản của robot trong môi trường hoạt động linh hoạt và không ổn định, một khả năng rất đáng mong đợi trong các ứng dụng y sinh như nội phẫu thuật.

Dưới sự điều khiển định hướng chính xác của phần mềm, những robot mini có thể thực hiện chuyển động DoF đáng tin cậy và có vận tốc góc đến 173 độ mỗi giây, hơn hẳn các robot thu nhỏ hiện nay, chỉ có 4 độ mỗi giây trong chuyển động sáu bậc tự do DoF.

Các nhà khoa học, bằng thực nghiệm đã chứng minh, robot mini gắp có thể lắp ráp một cấu trúc 3D bao gồm một thanh đặt trên hai thanh đỡ chữ Y trong vòng chưa đầy năm phút. Tốc độ nhanh hơn khoảng 20 lần so với các robot mini hiện có. Thành công này khiến nhóm NTU tin tưởng rằng, trong tương lai, các robot có thể được sử dụng trong việc lắp ráp các trang thiết bị ứng dụng siêu nhỏ.

Hướng nghiên cứu tiếp theo của nhóm NTU hoàn thiện quy trình để có thể chế tạo những robot nhỏ hơn, quy mô vài trăm micromet, đồng thời phát triển ứng dụng điều khiển robot bằng phần mềm ứng dụng Trí tuệ Nhân tạo và Máy học để hệ thống robot hoạt động độc lập hoàn toàn.