Urządzenie/Yang i Won i in.
Roje mikrorobotów opracowane w Korei Południowej realizują takie zadania, jak transport obiektów i udrażnianie rur za pomocą pól magnetycznych. Zainspirowane mrówkami roboty te mogą mieć zastosowania medyczne, ale wymagają dalszych udoskonaleń w zakresie autonomiczności.
Naukowcy z Korei Południowej opracowali roje maleńkich robotów magnetycznych, które współpracują jak mrówki, aby dokonywać herkulesowych wyczynów, w tym przemieszczać się i podnosić obiekty wielokrotnie większe.
Według badania opublikowanego 18 grudnia w czasopiśmie Urządzenie opracowane przez Cell Press roboty działają w wirującym polu magnetycznym, co pozwala im stawić czoła złożonym wyzwaniom, z którymi nie poradziłyby sobie pojedyncze roboty. Potencjalne zastosowania obejmują minimalnie inwazyjne leczenie zatkanych tętnic i precyzyjne manewrowanie próbkami biologicznymi w wymagających środowiskach.
Wysoka zdolność adaptacji i wydajność w testach
„Wysoka zdolność adaptacji rojów mikrorobotów do otoczenia i wysoki poziom autonomii w kontroli roju były zaskakujące” – mówi autor Jeong Jae Wie z Wydziału Inżynierii Organicznej i Nano na Uniwersytecie Hanyang w Seulu w Korei Południowej.
Wie i współpracownicy sprawdzili, jak dobrze mikroroboty radzą sobie z rojami przy różnych konfiguracjach zespołów i wykonywały różne zadania. Odkryli, że roje o wysokim współczynniku kształtu mogą wspiąć się na przeszkodę pięciokrotnie większą niż długość ciała pojedynczego mikrorobota i rzucić się jedna po drugiej przez przeszkodę.
Roboty przemierzające obiekty podnoszące i prowadzące. Źródło: Device/Yang i Won i in.
Duży rój składający się z 1000 mikrorobotów o dużej gęstości upakowania utworzył tratwę, która unosiła się na wodzie i owinęła wokół pigułki, która ważyła 2000 razy więcej niż każdy pojedynczy robot, umożliwiając rójowi transport leku przez ciecz.
Na suchym lądzie rój robotów był w stanie przetransportować ładunek 350 razy cięższy od każdego pojedynczego osobnika, podczas gdy inny rój mikrorobotów był w stanie udrożnić rurki przypominające zablokowane naczynia krwionośne. Wreszcie, poprzez ruchy wirowe i przeciąganie po orbicie, zespół Wie opracował system, za pomocą którego roje robotów mogą kierować ruchami małych organizmów.
Inspiracja naturą i niepowtarzalny design
Naukowcy są coraz bardziej zainteresowani badaniem, w jaki sposób roje robotów mogą wspólnie osiągać cele, zainspirowani sposobem, w jaki mrówki łączą się, aby wypełnić lukę w ścieżce lub gromadzą się w kształcie tratwy, aby przetrwać powodzie. Podobnie wspólna praca sprawia, że roboty są bardziej odporne na awarie — nawet jeśli niektórym członkom grupy nie uda się osiągnąć celu, pozostali wykonują zaprogramowane ruchy, aż wystarczająca liczba z nich w końcu odniesie sukces.
Prowadzenie mrówki i nie tylko. Źródło: Device/Yang i Won i in.
„Poprzednie badania nad robotyką rojową koncentrowały się na robotach kulistych, które łączą się ze sobą poprzez kontakt punkt-punkt” – mówi Wie. W ramach tego badania naukowcy zaprojektowali rój złożony z mikrorobotów w kształcie sześcianów, które charakteryzują się silniejszym przyciąganiem magnetycznym, ponieważ mogą stykać się ze sobą większe powierzchnie – całe ściany każdego sześcianu.
Każdy mikrorobot ma 600 mikrometrów wysokości i składa się z korpusu epoksydowego z osadzonymi cząsteczkami ferromagnetycznego neodymu, żelaza i boru (NdFeB), co umożliwia mu reagowanie na pola magnetyczne i interakcję z innymi mikrorobotami. Zasilając roboty polem magnetycznym generowanym przez obracanie dwóch połączonych magnesów, rój może się samoorganizować. Naukowcy zaprogramowali roboty tak, aby łączyły się w różne konfiguracje, zmieniając kąt, pod jakim roboty były namagnesowane.
„Opracowaliśmy opłacalną metodę produkcji masowej, wykorzystującą formowanie replik i namagnesowanie na miejscu, zapewniając jednolitą geometrię i profile namagnesowania w celu uzyskania stałej wydajności” – mówi Wie.
„Chociaż wyniki badania są obiecujące, roje będą potrzebowały wyższego poziomu autonomii, zanim będą gotowe do zastosowań w świecie rzeczywistym” – mówi Wie.
„Roje mikrorobotów magnetycznych wymagają zewnętrznego sterowania magnetycznego i nie mają możliwości autonomicznego poruszania się po skomplikowanych lub zamkniętych przestrzeniach, takich jak prawdziwe arterie” – mówi. „Przyszłe badania skupią się na zwiększaniu poziomu autonomii rojów mikrorobotów, na przykład na kontroli zwrotnej ich ruchów i trajektorii w czasie rzeczywistym”.
Odniesienie: „Inteligencja roju magnetycznego produkowanych masowo, programowalnych zespołów mikrorobotów do wszechstronnej realizacji zadań”, autor: Kijun Yang, Sukyoung Won, Jeong Eun Park, Jisoo Jeon i Jeong Jae Wie, 18 grudnia 2024 r., Urządzenie.
DOI: 10.1016/j.device.2024.100626
