磁場不僅能驅(qū)動微型機(jī)器人,甚至精確到其某個組件?
發(fā)布時間:2017-02-20 來源:Evan Ackerman 責(zé)任編輯:wenwei
【導(dǎo)讀】該論文介紹了一種新技術(shù),即使大量機(jī)器人采用同樣材質(zhì)制作,還位于同一磁場影響下,我們依然可以利用磁場選擇性的驅(qū)動某個微型機(jī)器人,甚至精確到它們身上的某個組件。
控制機(jī)器人在人體內(nèi)的運(yùn)動一般要靠兩種方法:要么打造一種自帶推進(jìn)器和導(dǎo)航系統(tǒng)的微型潛水艇機(jī)器人,要么就得靠磁場來牽著微型機(jī)器人的鼻子走。不過,前者做起來很復(fù)雜,后者雖然較易實(shí)現(xiàn),但一塊大磁鐵如果冬天放在身上一定很酸爽,最重要的是,這種方法很難一次控制多個微型機(jī)器人,為什么呢?因?yàn)轭櫭剂x,“磁場”是一種“場”,它的效力很難被限定在某一特定區(qū)域。
在實(shí)際運(yùn)用中,如果你想用一臺核磁共振(MRI)掃描儀來創(chuàng)造磁場,那么無論這個磁場的梯度如何,MRI 觸及范圍的所有東西都會受到影響,因此如果你想讓兩個微型機(jī)器人同時做不同的事,幾乎是天方夜譚。
當(dāng)然,事情都不是絕對的,要想讓微型機(jī)器人們學(xué)會“左右互搏”術(shù),可以從差異化這個角度入手。這樣一來,持續(xù)的控制輸入就來對機(jī)器人造成不同的影響。不過,想讓這種方法在同質(zhì)化機(jī)器人身上起效就難得多了。
天無絕人之路,德國漢堡飛利浦研究院在 Science Robotics 上的論文就為我們指了條明路。該論文介紹了一種新技術(shù),即使大量機(jī)器人采用同樣材質(zhì)制作,還位于同一磁場影響下,我們依然可以利用磁場選擇性的驅(qū)動某個微型機(jī)器人,甚至精確到它們身上的某個組件。
是不是很酷?那么這樣神奇的控制能力到底是如何實(shí)現(xiàn)的呢?且聽我細(xì)細(xì)道來。
設(shè)備內(nèi)部的整體磁場開了一個洞,也就是所謂的“自由場點(diǎn)”(FFP),多個磁場都會在這里碰面(每個磁場都由獨(dú)立線圈生成)。在 FFP 中,磁場的梯度很低,因此也就喪失了驅(qū)動物體移動的能力,而這就是對微型機(jī)器人進(jìn)行單獨(dú)控制的關(guān)鍵切入點(diǎn)。
你可以在需要的區(qū)域,通過調(diào)大磁場梯度來“鎖”住不在 FFP 控制范圍內(nèi)的任何物體。隨后,借助溫和的旋轉(zhuǎn)磁場,就能讓 FFP 內(nèi)的物體旋轉(zhuǎn)起來。通過對 FFP 位置的移動,你就能選擇性的讓某些物體自由旋轉(zhuǎn)起來。
在這一案例中,那個強(qiáng)大的“鎖”其實(shí)是在磁場下作用向一邊傾斜的螺旋體,它們無法旋轉(zhuǎn)。與其不同的是,F(xiàn)FP 是一個零傾斜的區(qū)域,這就意味著在這里螺旋體可以自由旋轉(zhuǎn)。這項(xiàng)研究中用到的硬件可以單獨(dú)驅(qū)動螺旋體,只要螺旋體間間距不超過 3 毫米就有效。
從磁場生成器的示意圖(上圖左)中我們能看到 3 套直角線圈,在 Z 軸方向有一個鐵質(zhì)內(nèi)核。磁場生成器(上圖中)上有一個直徑 12 厘米的鉆孔。在 XY 面(上圖右)的理想磁場中心有一個磁場零點(diǎn),也就是我們上面所說的 FFP,圖中白色的箭頭則代表局部磁場向量。
為了能讓該技術(shù)能盡快投入實(shí)際使用,研究人員還想了大量應(yīng)用方法:
第一種應(yīng)用是基于不同螺旋體驅(qū)動機(jī)制的。在整形外科中,該技術(shù)可在移植過程中起到巨大作用,因?yàn)樗梢噪S著恢復(fù)過程改變移植物的形狀。舉例來說,在肢體延長和早發(fā)性脊柱側(cè)凸等病癥的治療上,該技術(shù)能為醫(yī)生提供更高的靈活性(控制假體形狀的變化)。此外,該技術(shù)還能用在微粒體的控制中,只需打造微型磁泵和閥門,無需電力或機(jī)械連接,即可單獨(dú)對其進(jìn)行驅(qū)動。
第二種應(yīng)用與負(fù)責(zé)局部治療的簡單微型機(jī)器有關(guān),如遙控一個可以釋放藥物的磁性微型膠囊。此外,它還可以用在遙控用開關(guān)控制的放射性種子上,實(shí)現(xiàn)對開關(guān)的精確控制后,藥物釋放的區(qū)域和劑量都能得到最好的優(yōu)化,不會誤傷“友軍”。
如果用上帶有凹槽的螺旋盾,就能讓定向種子擁有遠(yuǎn)程調(diào)節(jié)輻射方向的能力,這能讓醫(yī)生精確控制用藥劑量并保護(hù)健康組織。此外,磁力操縱精確度可達(dá)納米級,通過導(dǎo)管,攜帶藥物的種子可以直達(dá)病灶,完成藥物釋放后它們就能從血管中排出。通過設(shè)備對其進(jìn)行影像定位后,只有那些真正進(jìn)入病灶部位的種子才會被激活。
(原文發(fā)表于spectrum.ieee。雷鋒網(wǎng)大壯旅編譯)
推薦閱讀:
特別推薦
- 數(shù)字儀表與模擬儀表:它們有何區(qū)別?
- 基于APM32F411的移動電源控制板應(yīng)用方案
- 基于GD32F407VET6主控芯片的永磁同步電機(jī)控制器設(shè)計(jì)
- 光迅科技發(fā)布O波DWDM光模塊
- 長光辰芯發(fā)布16MP全局快門CMOS圖像傳感器
- Murata推出更適合薄型設(shè)計(jì)應(yīng)用場景的3.3V輸入、12A輸出的DCDC轉(zhuǎn)換IC
- 合熠智能推出超小型激光光電傳感器,堅(jiān)固耐用,精準(zhǔn)檢測
技術(shù)文章更多>>
- 從幾大典型場景,看安森美賦能邊緣智能應(yīng)用的高性能“產(chǎn)品力”
- 【測試案例分享】 如何評估熱載流子引導(dǎo)的MOSFET衰退
- 深入探討適用于低功耗工業(yè)電機(jī)控制的CANopen協(xié)議
- 是德科技掀起新革命:通用示波器正式邁入14bit ADC時代
- DigiKey與 Lippincott 合作品牌煥新項(xiàng)目榮獲2025年度 Graphis 設(shè)計(jì)大賽金獎
技術(shù)白皮書下載更多>>
- 車規(guī)與基于V2X的車輛協(xié)同主動避撞技術(shù)展望
- 數(shù)字隔離助力新能源汽車安全隔離的新挑戰(zhàn)
- 汽車模塊拋負(fù)載的解決方案
- 車用連接器的安全創(chuàng)新應(yīng)用
- Melexis Actuators Business Unit
- Position / Current Sensors - Triaxis Hall
熱門搜索
保護(hù)器件
保險(xiǎn)絲管
北斗定位
北高智
貝能科技
背板連接器
背光器件
編碼器型號
便攜產(chǎn)品
便攜醫(yī)療
變?nèi)荻O管
變壓器
檳城電子
并網(wǎng)
撥動開關(guān)
玻璃釉電容
剝線機(jī)
薄膜電容
薄膜電阻
薄膜開關(guān)
捕魚器
步進(jìn)電機(jī)
測力傳感器
測試測量
測試設(shè)備
拆解
場效應(yīng)管
超霸科技
超級本
超級電容