Los científicos crean robots en miniatura altamente maniobrables controlados por campos magnéticos

Un equipo de científicos de la Universidad Tecnológica de Nanyang, Singapur (NTU Singapur) ha desarrollado robots de tamaño milimétrico que pueden controlarse mediante campos magnéticos para realizar manipulaciones altamente maniobrables y diestras. Esto podría allanar el camino para posibles aplicaciones futuras en biomedicina y fabricación.

El equipo de investigación creó los robots en miniatura incrustando micropartículas magnéticas en polímeros biocompatibles, materiales no tóxicos que son inofensivos para los humanos. Los robots están “programados” para ejecutar sus funcionalidades deseadas cuando se aplican campos magnéticos.

Los robots made-in-NTU mejoran muchos robots existentes a pequeña escala al optimizar su capacidad para moverse en seis grados de libertad (DoF), es decir, el movimiento de traslación a lo largo de los tres ejes espaciales y el movimiento de rotación sobre esos tres. ejes, comúnmente conocidos como ángulos de balanceo, cabeceo y guiñada.

Si bien los investigadores han creado previamente seis robots en miniatura DoF, los nuevos robots en miniatura NTU pueden rotar 43 veces más rápido que ellos en el sexto DoF crítico cuando su orientación se controla con precisión. También se pueden fabricar con materiales “blandos” y, por lo tanto, pueden reproducir importantes cualidades mecánicas: un tipo puede “nadar” como una medusa y otro tiene una capacidad de agarre que puede recoger y colocar con precisión objetos en miniatura.


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La investigación del equipo de NTU se publicó en la revista científica revisada por pares. Materiales avanzados en mayo de 2021 y aparece como portada de la edición del 10 de junio.

El autor principal del estudio, el profesor asistente Lum Guo Zhan de la Escuela de Ingeniería Mecánica y Aeroespacial, dijo que el factor crucial que llevó al logro del equipo radica en el descubrimiento del tercer y último vector principal ‘esquivo’ de estos campos magnéticos, que es fundamental para controlar tales máquinas.

Por el contrario, trabajos anteriores solo habían definido los campos magnéticos aplicados en términos de dos vectores principales.

“Mi equipo trató de descubrir los principios de funcionamiento fundamentales de los robots en miniatura que tienen movimientos de seis DoF a través de este trabajo. Al comprender completamente la física de estos robots en miniatura, ahora podemos controlar con precisión sus movimientos. Además, nuestro método de fabricación propuesto puede magnetizan estos robots para producir pares de torsión de seis DoF de 51 a 297 pliegues más grandes que otros dispositivos existentes. Por lo tanto, nuestros hallazgos son fundamentales y representan un avance significativo para las tecnologías robóticas a pequeña escala “, explica Asst Prof Lum.

Robots en miniatura controlados a distancia adecuados para uso quirúrgico y de fabricación

Midiendo aproximadamente del tamaño de un grano de arroz, los robots en miniatura pueden usarse para llegar a espacios confinados y cerrados actualmente inaccesibles para los robots existentes, dice el equipo de NTU, lo que los hace particularmente útiles en el campo de la medicina.

Los movimientos de los robots pueden ser controlados de forma remota por un operador, utilizando un programa que se ejecuta en una computadora de control que varía con precisión la fuerza y ​​la dirección de los campos magnéticos generados por un sistema de bobina electromagnética.

Los robots en miniatura también pueden inspirar procedimientos quirúrgicos novedosos para órganos vitales ‘difíciles de alcanzar’ como el cerebro en el futuro, dijo el equipo de NTU, y agregó que aún es necesario realizar mucho más trabajo y pruebas antes de que los robots en miniatura puedan eventualmente ser terminados. implementado para sus aplicaciones médicas específicas.

Los coautores de la investigación, los estudiantes de doctorado Xu Changyu y Yang Zilin de la Escuela de Ingeniería Mecánica y Aeroespacial, dijeron: “Además de la cirugía, nuestros robots también pueden ser valiosos en aplicaciones biomédicas, como el ensamblaje de dispositivos de laboratorio en chip que pueden ser se utiliza para el diagnóstico clínico mediante la integración de varios procesos de laboratorio en un solo chip “.

Robots en miniatura de NTU nadan a través de barreras, ensamblan estructuras

En experimentos de laboratorio, el equipo de investigación demostró la destreza y la velocidad de los robots en miniatura.

Usando un robot inspirado en medusas, el equipo de NTU mostró cómo podía nadar rápidamente a través de una abertura estrecha en una barrera cuando estaba suspendido en el agua. Esta demostración fue muy significativa ya que sugirió que estos robots eran capaces de sortear barreras en entornos dinámicos e inciertos y esto podría ser una habilidad muy deseable para sus aplicaciones biomédicas específicas en el futuro, como en procedimientos quirúrgicos para vitales de difícil acceso. órganos como el cerebro.

Demostrando un control de orientación preciso, el robot en miniatura también registró una velocidad de rotación de 173 grados por segundo para su sexto movimiento de DoF, superando la rotación más rápida que han logrado los robots en miniatura existentes, que es de cuatro grados por segundo para su sexto movimiento de DoF.

Con su robot de agarre, los científicos pudieron ensamblar una estructura 3D que consistía en una barra colocada sobre dos pilotes en forma de Y en menos de cinco minutos, aproximadamente 20 veces más rápido que los robots en miniatura existentes. Esta demostración de prueba de concepto, dicen los investigadores, sugiere que algún día podrían usarse en ‘micro fábricas’ que construyen dispositivos a microescala.

El equipo de NTU ahora está buscando hacer sus robots aún más pequeños, en la escala de unos pocos cientos de micrómetros, y finalmente hacer que los robots sean completamente autónomos en términos de control.

Video: https://www.youtube.com/watch?v=jLu7q7ieQek&t=21s