研究人員自動(dòng)化微型機(jī)器人設(shè)計(jì)

裝配一個(gè)微型機(jī)器人需要一對尖鼻鑷子、一臺(tái)顯微鏡、穩(wěn)定的雙手和至少8個(gè)小時(shí)。但現(xiàn)在多倫多大學(xué)工程研究人員已經(jīng)開發(fā)出一種方法，只需一臺(tái)3d打印機(jī)和20分鐘。

在埃里克·迪勒教授的實(shí)驗(yàn)室里，研究人員創(chuàng)造了磁化的微型機(jī)器人(針頭大小)，這些機(jī)器人可以通過人體充滿液體的血管和器官移動(dòng)。迪勒和他的團(tuán)隊(duì)利用磁場無線控制這些微型機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)。

每一個(gè)微型機(jī)器人都是通過在扁平的柔性材料上精確地安排磁性針的微觀部分來建造的。一旦部署完畢，研究人員就會(huì)利用磁場誘導(dǎo)微型機(jī)器人像蠕蟲一樣在液體通道中移動(dòng)，或者關(guān)閉其微小的機(jī)械“顎”以獲取組織樣本。

研究生徐田琦(音譯)表示:“這些機(jī)器人制造起來相當(dāng)困難，而且勞動(dòng)密集型，因?yàn)橹圃爝^程需要精確?！薄按送?，由于需要人工組裝，讓這些機(jī)器人更小也更困難，這是我們研究的一個(gè)主要目標(biāo)?！?/p>

這就是為什么徐和他的同事們開發(fā)了一種自動(dòng)化的方法，大大減少了設(shè)計(jì)和開發(fā)時(shí)間，并擴(kuò)展了他們可以制造的微型機(jī)器人的種類。他們的發(fā)現(xiàn)發(fā)表在今天的《科學(xué)機(jī)器人》雜志上。

更小、更復(fù)雜的微型機(jī)器人將用于未來的醫(yī)療應(yīng)用，如靶向給藥、輔助受精或活檢。

迪勒說:“如果我們在泌尿道或大腦的液體腔內(nèi)取樣，我們設(shè)想一種優(yōu)化的技術(shù)將有助于縮小手術(shù)機(jī)器人工具的規(guī)模?！?/p>

為了證明這項(xiàng)新技術(shù)的能力，研究人員設(shè)計(jì)了20多種不同的機(jī)器人形狀，然后將它們輸入3d打印機(jī)。然后，打印機(jī)構(gòu)建并固化設(shè)計(jì)，將磁性圖案的粒子定向作為過程的一部分。

“以前，我們會(huì)先準(zhǔn)備一個(gè)形狀，然后手工設(shè)計(jì)，花上幾周時(shí)間來計(jì)劃，然后才能制作出來。那只是一種形狀，”迪勒說。“然后，當(dāng)我們建造它的時(shí)候，我們不可避免地會(huì)發(fā)現(xiàn)一些特殊的怪癖——例如，我們可能不得不把它做得更大一點(diǎn)或更薄一點(diǎn)來讓它工作?！?/p>

“現(xiàn)在我們可以對形狀進(jìn)行編程并點(diǎn)擊打印，”徐補(bǔ)充道。“我們可以輕松地進(jìn)行迭代、設(shè)計(jì)和優(yōu)化。我們現(xiàn)在有能力真正探索新的設(shè)計(jì)?！?/p>

研究人員的優(yōu)化方法為開發(fā)比目前毫米尺寸更小、更復(fù)雜的微型機(jī)器人打開了大門。迪勒表示:“我們認(rèn)為，未來我們有可能縮小10倍?！?/p>

迪勒的實(shí)驗(yàn)室計(jì)劃利用這一自動(dòng)化過程來探索更復(fù)雜的微型機(jī)器人形狀?！白鳛橐粋€(gè)機(jī)器人研究社區(qū)，有必要探索這個(gè)微型醫(yī)療機(jī)器人的領(lǐng)域，”Diller補(bǔ)充道?！澳軌騼?yōu)化設(shè)計(jì)是這個(gè)領(lǐng)域真正需要的關(guān)鍵方面?！?/p>