研究人员自动化微型机器人设计
装配一个微型机器人需要一对尖鼻镊子、一台显微镜、稳定的双手和至少8个小时。但现在多伦多大学工程研究人员已经开发出一种方法,只需一台3d打印机和20分钟。
在埃里克·迪勒教授的实验室里,研究人员创造了磁化的微型机器人(针头大小),这些机器人可以通过人体充满液体的血管和器官移动。迪勒和他的团队利用磁场无线控制这些微型机器人的运动。
每一个微型机器人都是通过在扁平的柔性材料上精确地安排磁性针的微观部分来建造的。一旦部署完毕,研究人员就会利用磁场诱导微型机器人像蠕虫一样在液体通道中移动,或者关闭其微小的机械“颚”以获取组织样本。
研究生徐田琦(音译)表示:“这些机器人制造起来相当困难,而且劳动密集型,因为制造过程需要精确。”“此外,由于需要人工组装,让这些机器人更小也更困难,这是我们研究的一个主要目标。”
这就是为什么徐和他的同事们开发了一种自动化的方法,大大减少了设计和开发时间,并扩展了他们可以制造的微型机器人的种类。他们的发现发表在今天的《科学机器人》杂志上。
更小、更复杂的微型机器人将用于未来的医疗应用,如靶向给药、辅助受精或活检。
迪勒说:“如果我们在泌尿道或大脑的液体腔内取样,我们设想一种优化的技术将有助于缩小手术机器人工具的规模。”
为了证明这项新技术的能力,研究人员设计了20多种不同的机器人形状,然后将它们输入3d打印机。然后,打印机构建并固化设计,将磁性图案的粒子定向作为过程的一部分。
“以前,我们会先准备一个形状,然后手工设计,花上几周时间来计划,然后才能制作出来。那只是一种形状,”迪勒说。“然后,当我们建造它的时候,我们不可避免地会发现一些特殊的怪癖——例如,我们可能不得不把它做得更大一点或更薄一点来让它工作。”
“现在我们可以对形状进行编程并点击打印,”徐补充道。“我们可以轻松地进行迭代、设计和优化。我们现在有能力真正探索新的设计。”
研究人员的优化方法为开发比目前毫米尺寸更小、更复杂的微型机器人打开了大门。迪勒表示:“我们认为,未来我们有可能缩小10倍。”
迪勒的实验室计划利用这一自动化过程来探索更复杂的微型机器人形状。“作为一个机器人研究社区,有必要探索这个微型医疗机器人的领域,”Diller补充道。“能够优化设计是这个领域真正需要的关键方面。”