Robots miniatures très maniables contrôlés par des champs magnétiques

Des scientifiques fabriquent des robots miniatures très maniables contrôlés par des champs magnétiques

Les robots NTU de la taille d’un millimètre mesurent environ la taille d’un grain de riz et peuvent être contrôlés à l’aide de champs magnétiques. Crédit : Université technologique de Nanyang

Une équipe de scientifiques de l’Université technologique de Nanyang à Singapour (NTU Singapour) a développé des robots de la taille d’un millimètre qui peuvent être contrôlés à l’aide de champs magnétiques pour effectuer des manipulations très maniables et adroites. Cela pourrait ouvrir la voie à d’éventuelles applications futures en biomédecine et en fabrication.

L’équipe de recherche a créé les robots miniatures en incorporant des microparticules magnétiques dans des polymères biocompatibles, des matériaux non toxiques et inoffensifs pour l’homme. Les robots sont « programmés » pour exécuter les fonctionnalités souhaitées lorsque des champs magnétiques sont appliqués.

Les robots fabriqués en NTU améliorent de nombreux robots à petite échelle existants en optimisant leur capacité à se déplacer dans six degrés de liberté (DoF) – c’est-à-dire un mouvement de translation le long des trois axes spatiaux et un mouvement de rotation autour de ces trois axes. , communément appelés angles de roulis, de tangage et de lacet.

Alors que les chercheurs ont déjà créé six robots miniatures DoF, les nouveaux robots miniatures NTU peuvent tourner 43 fois plus vite qu’eux dans le sixième DoF critique lorsque leur orientation est contrôlée avec précision. Ils peuvent également être fabriqués avec des matériaux « doux » et peuvent ainsi reproduire des qualités mécaniques importantes : un type peut « nager » comme une méduse, et un autre a une capacité de préhension qui peut saisir et placer avec précision des objets miniatures.

La recherche de l’équipe NTU a été publiée dans la revue scientifique à comité de lecture Matériaux avancés en mai 2021 et fait la couverture du numéro du 10 juin.

L’auteur principal de l’étude, le professeur adjoint Lum Guo Zhan de l’École de génie mécanique et aérospatial, a déclaré que le facteur crucial qui a conduit à la réussite de l’équipe réside dans la découverte du troisième et dernier vecteur principal « insaisissable » de ces champs magnétiques, qui est critique pour contrôler de telles machines.

En revanche, les travaux antérieurs n’avaient défini les champs magnétiques appliqués qu’en fonction de deux vecteurs principaux.

« Mon équipe a cherché à découvrir les principes de fonctionnement fondamentaux des robots miniatures qui ont des mouvements de six degrés de liberté grâce à ce travail. En comprenant parfaitement la physique de ces robots miniatures, nous sommes maintenant en mesure de contrôler avec précision leurs mouvements. De plus, notre méthode de fabrication proposée peut magnétisez ces robots pour produire des couples à six degrés de liberté 51 à 297 fois plus importants que les autres appareils existants. Nos résultats sont donc essentiels et représentent une avancée significative pour les technologies robotiques à petite échelle », explique le professeur adjoint Lum.

Robots miniatures télécommandés adaptés à une utilisation chirurgicale et manufacturière

Mesurant à peu près la taille d’un grain de riz, les robots miniatures peuvent être utilisés pour atteindre des espaces confinés et clos actuellement inaccessibles aux robots existants, selon l’équipe NTU, les rendant particulièrement utiles dans le domaine de la médecine.

Les mouvements des robots peuvent être contrôlés à distance par un opérateur, à l’aide d’un programme exécuté sur un ordinateur de contrôle qui fait varier avec précision la force et la direction des champs magnétiques générés par un système de bobine électromagnétique.

Les robots miniatures pourraient également inspirer de nouvelles procédures chirurgicales pour les organes vitaux « difficiles à atteindre » tels que le cerveau à l’avenir, a déclaré l’équipe du NTU, ajoutant qu’il restait encore beaucoup de travail et de tests à accomplir avant que les robots miniatures puissent éventuellement être déployés pour leurs applications médicales ciblées.

Co-auteurs de la recherche, Ph.D. Les étudiants Xu Changyu et Yang Zilin de l’École d’ingénierie mécanique et aérospatiale ont déclaré : « Outre la chirurgie, nos robots peuvent également être utiles dans des applications biomédicales telles que l’assemblage de dispositifs de laboratoire sur puce pouvant être utilisés pour des diagnostics cliniques en intégrant plusieurs laboratoires processus sur une seule puce. »

Les robots miniatures NTU nagent à travers les barrières, assemblent des structures

Lors d’expériences en laboratoire, l’équipe de recherche a démontré la dextérité et la vitesse des robots miniatures.

À l’aide d’un robot inspiré des méduses, l’équipe NTU a montré comment elle était capable de nager rapidement à travers une ouverture étroite dans une barrière lorsqu’elle était suspendue dans l’eau. Cette démonstration était très significative car elle suggérait que ces robots étaient capables de franchir des barrières dans des environnements dynamiques et incertains et cela pourrait être une capacité hautement souhaitable pour leurs applications biomédicales ciblées à l’avenir, comme dans les procédures chirurgicales pour les « difficiles à atteindre » vitales organes tels que le cerveau.

Démontrant un contrôle précis de l’orientation, le robot miniature a également enregistré une vitesse de rotation de 173 degrés par seconde pour leur sixième mouvement DoF, dépassant la rotation la plus rapide que les robots miniatures existants ont réalisée, qui est de quatre degrés par seconde pour leur sixième mouvement DoF.

Avec leur robot préhenseur, les scientifiques ont pu assembler une structure 3D constituée d’une barre posée sur deux échasses en forme de Y en moins de cinq minutes, environ 20 fois plus vite que les robots miniatures existants n’ont pu le faire. Cette démonstration de validation de principe, selon les chercheurs, suggère qu’un jour ils pourraient être utilisés dans des « micro-usines » qui construisent des appareils à micro-échelle.

Offrant un point de vue indépendant, le professeur Huajian Gao, professeur d’université émérite de la School of MAE de la NTU et récipiendaire de la prestigieuse médaille Timoshenko de l’American Society of Mechanical Engineers en 2021, a déclaré : « C’est un exemple parfait de une compréhension scientifique approfondie nous aide à développer une robotique avancée au profit de l’humanité. Ce travail de recherche peut avoir un impact profond dans de nombreux domaines allant des nouvelles méthodes chirurgicales aux processus d’assemblage à petite échelle dans la fabrication future.  »


Une plateforme de construction modulaire pour le plus ingénieux des robots


Plus d’information:
Changyu Xu et al, Actionneurs magnétiques à petite échelle avec six degrés de liberté optimaux, Matériaux avancés (2021). DOI : 10.1002/adma.202100170

Fourni par l’Université technologique de Nanyang

Citation: Robots miniatures très maniables contrôlés par des champs magnétiques (2021, 15 juin) récupérés le 15 juin 2021 sur https://techxplore.com/news/2021-06-highly-maneuverable-miniature-robots-magnetic.html

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