【摘 要】
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微型机器人是机器人领域的一个重要分支,在生物医学上有很好的应用前景,对于靶向治疗,微操作,微加工,微创手术等有重要意义。微型机器人的发展离不开材料学,生物学,工程学和计算机学等学科的共同发展,过去几十年里,微型机器人经历从刚性结构转变微柔性结构,从开环控制转为闭环控制,从个体到集群的转变等多方面的发展。在实际应用场景中,面对复杂多变的环境,柔性机器人能够在人体内腔完成更多医学动作,并且不易对组织造
【机 构】
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中国科学院大学(中国科学院深圳先进技术研究院)
【出 处】
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中国科学院大学(中国科学院深圳先进技术研究院)
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微型机器人是机器人领域的一个重要分支,在生物医学上有很好的应用前景,对于靶向治疗,微操作,微加工,微创手术等有重要意义。微型机器人的发展离不开材料学,生物学,工程学和计算机学等学科的共同发展,过去几十年里,微型机器人经历从刚性结构转变微柔性结构,从开环控制转为闭环控制,从个体到集群的转变等多方面的发展。在实际应用场景中,面对复杂多变的环境,柔性机器人能够在人体内腔完成更多医学动作,并且不易对组织造成伤害。微观尺度下的微型机器人,可以用于细胞相关的微操作。机器人的驱动目前使用广泛的是磁场驱动,低频低强的磁场能够很好穿透生物组织并且不会造成伤害,能够对微型机器人进行无线驱动。本课题在毫米和微米尺度下的微型机器人进行了研究,毫米尺度下使用硅胶与磁性颗粒（PDMS）混合制作的薄膜,经过裁剪和磁化后组装成一个四足微型机器人,使用匀强磁场进行操控。首先分析了四足机器人的运动模态,阐述它的运动过程,并测试了其运动速度与磁感应强度,频率和锥角的影响。为了测试微型机器人的运动实验还设置了多级台阶与人类胃模型作为复杂场景,通过调整磁场参数,可以控制机器人翻越多种复杂障碍。最后实现了对物品的搬运,通过改变锥形磁场的锥角,实现对物品的抓取和释放。微米尺度下使用一种特殊的四氧化三铁磁性颗粒,直径约2μm表面含有特异性抗体能与人类T细胞结合,是靶向治疗中的重要研究对象。针对该磁性颗粒搭建了一套梯度磁场操控设备,通过仿真确定产生预期磁场所配置的参数,最后组建的设备的实际测试结果与仿真结果相符,通入5A电流时,磁极表面最大磁感应强度达到200m T以上。利用磁场梯度牵引磁性颗粒进行定向移动,可以控制其走出“SIAT”四条轨迹,实验中测试了速度与驱动电流之间的关系,证明了磁性颗粒的运动速度可以通过电流改变。最后将磁性颗粒结合T细胞后,通过梯度磁场定向引导穿过一道屏障。
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