南洋理工大学最新微型机器人：可遥控，旋转速度超目前最快43倍

最近，新加坡南洋理工大学的研究小组成功开发出最新的微型机器人。

与此前相比，新的微型机器人能够沿三个空间轴实现平移运动和旋转运动，同时，该机器人在关键的第六个自由度中的旋转速度要快43倍。

新型机器人的制作是由磁性微粒嵌入生物相容性聚合物中得以完成的，因此它可以复制重要的机械特征，比如像水母一样拥有，或者抓握的能力，便于拾取和放置物体。

而当外部施加磁场时，机器人被“编程”以执行其所需的功能。

该研究已于2021年5月发表在同行评审的科学期刊Advanced Materials上，并作为6月10日刊的封面。

论文链接：

https://www3.ntu.edu.sg/CorpComms2/Research%20Papers/Small-Scale%20Magnetic%20Actuators%20with%20Optimal%20Six%20Degrees-of-Freedom.pdf

该研究的主要作者、机械与航空航天工程学院的Lum Guo Zhan说，团队取得成就的关键因素在于发现了磁场的“难以捉摸的”第三个也是最后一个主向量，这对控制此类机器至关重要。

相比之下，此前施加的磁场仅由两个主向量进行定义。

“团队试图通过这项工作，揭示具有六个自由度运动的微型机器人的基本工作原理。通过充分了解这些微型机器人的物理特性，我们现在能够准确地控制运动。此外，我们提出的制造方法可以磁化这些机器人，以产生比其他现有设备大51到297倍的六自由度扭矩。该项研究代表了小型机器人技术的重大进步。”Lum说。

能用于手术和制造业的遥控微型机器人

南大团队表示，微型机器人大约只有一粒米那么大，可用于到达现有机器人无法进入的狭窄封闭空间。这在医学领域作用尤为明显。

机器人的运动可以由操作员远程控制，只需使用在控制计算机上运行的程序，就能可以精确地改变电磁线圈系统产生的磁场的强度和方向。

团队表示，未来，微型机器人还可能用于激发大脑等“难以触及”的重要器官的新型外科手术。不过，在该机器人正式落地之前，还需要进行大量的工作和测试。

该研究的合著者、机械与航空航天工程学院的博士生Xu Changyu和Yang Zilin说：“除了手术之外，该机器人在生物医学应用也有一定价值，如组装芯片上的实验室设备，通过在一个芯片上整合几个实验室过程，可用于临床诊断。”

高度灵活，还能快速组装设备

在实验中，研究小组还展示了微型机器人的灵巧和速度。

研究小组主要展示了一个受水母启发的机器人，该机器人能悬浮在水中，同时能够快速游过障碍物上的一个狭窄开口。

这项展示表明，该机器人能够在动态和不确定的环境中穿越障碍物，这可能是它们未来在生物医学领域的目标应用中大有作为的地方。

为了展示精确的方向控制，该微型机器人还记录了其第六个自由度运动的每秒173度的旋转速度，这个速度超过了现有微型机器人所达到的最快旋转速度。

并且，通过抓取机器人，科学家们能够在不到5分钟的时间内组装一个在两个Y形高跷上的杆子组成的3D结构，比现有的微型机器人的速度快了大约20倍。

研究人员说，这一概念验证表明，有朝一日机器人可能会用于建造微型设备的“微型工厂”中。

南洋理工大学的团队希望将他们的机器人做得更小，达到几百微米的规模，并最终使机器人在控制方面完全自主。