ربات های مینیاتوری شش درجه آزادی 43 برابر سریعتر از نسخه های قبلی می توانند بچرخند. آنها مانند عروس دریایی می‌توانند حرکت کنند و اشیاء کوچک را با دقت انتخاب نموده و جای گذاری کنند.
زیست پزشکی و تولید، دو صنعتی می باشند که استفاده نامحدود از تکنولوژی هایی دارند که به فضاهای با سطح دسترسی پایین و سخت، دسترسی پیدا می کنند.
دانشمندان دانشگاه فناوری Nanyang سنگاپور، ربات‌های مینیاتوری که می‌توانند با استفاده از میدان‌های مغناطیسی برای بازوهای بسیار مانور پذیر و ماهرانه کنترل شوند، ساخته‌اند.
ربات‌های میلی‌متری یا محرک‌های آزاد، با ریزذرات مغناطیسی تعبیه‌شده در پلیمرهای زیست سازگار (مواد غیر سمی که برای انسان بی‌ضرر هستند)، طراحی شده‌اند.
دانشمندان در مقاله‌ای که با عنوان «محرک‌های مغناطیسی در مقیاس کوچک با شش درجه آزادی بهینه» در نشریه Advanced Materials، ژوئن 2021 به صورت آنلاین منتشر شد، خاطرنشان کردند: این ربات ها با اعمال میدان های مغناطیسی فعال می شوند و با بهینه‌سازی توانایی حرکت در شش درجه آزادی، ربات‌های موجود در مقیاس کوچک را بهبود می‌بخشند.
حرکت انتقالی در امتداد سه محور فضایی (سه بعدی)و حرکت چرخشی حول آن سه محور می باشد که معمولاً به‌عنوان زوایای چرخش، گام و انحراف شناخته می‌شوند.
ربات های شش درجه آزادی مینیاتوری ساخته جدیدی نمی باشند، چیزی که در مورد ربات‌های مینیاتوری NTU وجود دارد این است هنگام کنترل جهت گیری، 43 برابر سریعتر از نسخه های قبلی در درجه آزادی حیاتی ششم، می‌توانند بچرخند. تمایز دیگر این است که این ربات ها ممکن است با مواد "نرم" ساخته شوند. زیرا این ربات ها کیفیت های مکانیکی مهم را می توانند تکرار کنند، به عنوان مثال یک نوع می تواند حرکت عروس دریایی را شبیه سازی کند، و دیگری توانایی چسبیدن دارد که می تواند اشیاء مینیاتوری را با دقت بردارد و جاگذاری کند.
تمایز بحرانی
پروفسور Zhan از دانشکده مهندسی مکانیک و هوافضا گفت: اکتشاف سومین بردار اصلی این میدان های مغناطیسی برای کنترل ماشین های مینیاتوری حیاتی بود. نویسنده اصلی این پژوهش گفته است کارهای قبلی فقط میدان های مغناطیسی کاربردی را بر اساس دو بردار اصلی تعریف کرده بودند. Zhan توضیح داد: تیم من در این کار به دنبال کشف اصول اساسی کارکرد ربات‌های مینیاتوری دارای حرکات شش درجه آزادی، بودند که با درک کامل فیزیک ربات های مینیاتوری، اکنون قادر به کنترل دقیق حرکات آنها می باشیم.
افزون بر این، روش ساخت پیشنهادی ما می تواند ربات ها را قادر سازد که مابین 51 تا 297 بار گشتاور بزرگتری در مقایسه با دستگاه های موجود تولید کنند.
بنابراین یافته‌های ما بسیار موثر می باشند و پیشرفت قابل توجهی را برای فناوری های رباتیک در مقیاس کوچک نشان می دهند.
مناسب برای به کارگیری در کابردهای جراحی و تولیدی
اختراع تیم NTU چندین جنبه سودمند را نشان داد:
اولا، ربات‌های مینیاتوری را به کوچکی یک دانه برنج می‌گیرند که آنها را برای رسیدن به فضاهای بسته و محصورمناسب می‌کند و بنابراین در زمینه پزشکی مفید می باشند.
ثانیاً، دانشمندان خاطرنشان کردند که حرکات ربات‌ها را می‌توان از راه دور توسط یک اپراتور کنترل کرد، با استفاده از برنامه‌ای که روی یک کامپیوتر کنترلی اجرا می‌شود و دقیقاً قدرت و جهت میدان‌های مغناطیسی تولید شده توسط یک سیستم سیم پیچ الکترومغناطیسی را تغییر می‌دهد.
تیم NTU همچنین گفت که ربات‌های مینیاتوری ممکن است الهام بخش روش‌های جراحی جدید برای اندام‌های حیاتی با دسترسی دشوار مانند مغز باشند. با این وجود، قبل از استفاده از ربات های مینیاتوری برای کاربردهای پزشکی هدفمند، به کار و آزمایش بیشتری نیاز است. علاوه بر جراحی، ربات‌های ما ممکن است در کاربردهای زیست‌پزشکی مانند مونتاژ دستگاه‌های آزمایشگاهی روی تراشه که با ادغام چندین فرآیند آزمایشگاهی روی یک تراشه برای تشخیص‌های بالینی می‌توانند استفاده شوند، ارزشمند باشند.»
توانایی یافتن مسیر در مواجهه با موانع و مونتاژ ساختارهای سه بعدی
ربات های مینیاتوری در آزمایش های آزمایشگاهی مهارت و سرعت را نشان دادند. در یک سناریو، تیم NTU نشان داد که چگونه یک ربات الهام گرفته از عروس دریایی به سرعت از طریق یک روزنه باریک در یک مانع در هنگام معلق شدن در آب می تواند شنا کند.
این آزمایش توانایی روبات‌ها را برای توانایی یافتن مسیر در مواجهه با موانع در محیط‌های دینامیک و نامطمئن نشان داد.
تیم NTU افزود که این میتواند یک توانایی بسیار مطلوب برای کاربردهای زیست پزشکی هدفمند، از جمله روش های جراحی در مغز باشد.
با بهره گیری از کنترل دقیق موقعیت، ربات های مینیاتوری می توانند حرکات شش درجه آزادی کامل را با اطمینان انجام دهند و به سرعت های زاویه ای 173 درجه درهر ثانیه دست یابند.
به گزارش تیم NTU ربات‌های مینیاتوری ممکن است روزی در «کارخانه‌های خرد» که دستگاه‌هایی در مقیاس کوچک می‌سازند استفاده شوند. کار بعدی برای تیم NTU شامل کوچک‌تر کردن روبات‌ها در مقیاس چند صد میکرومتری و در نهایت خودکارسازی کامل ربات‌ها خواهد بود.
این تحقیق در مجله علمی معتبر Advanced Materials در ماه مه 2021 منتشر شد و به عنوان جلد اول شماره 10 ژوئن منتشر شد.