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    3. 《電子技術應用》
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      全球可協同工作分子機器人開發完成,可從事更加精細工作

      2022-05-01
      來源:互聯網綜合

        日本北海道大學理學院科學家成功開發出世界上第一個利用集群策略工作的微型機器人,首次證明分子機器人能夠通過采用集群策略完成貨物遞送,運輸效率是單個機器人的5倍。這一發現20日發表在《科學·機器人》雜志上。

        群體機器人學是一門新學科,其靈感來自于生物體的合作行為,它專注于機器人的制造及其在群體中完成復雜的任務的應用。群體是多個個體的有序集體行為。宏觀規模的群體機器人已被開發并用于各種應用,如運輸、堆積貨物、建造復雜結構等。

        多個微型機器人可協同執行復雜的任務,從而增加系統冗余度和擴展性,提高任務執行效率。然而獨立控制多個由外界磁場驅動的微型機器人具有挑戰,因為全局磁場中的多個微型機器人受到的磁場信號是相同的,難以實現選擇性地獨立驅動多個微型機器人中的某一個。

        該研究提出一種新穎的多個磁驅動微型機器人完全解耦的獨立控制策略,可實現獨立控制4個微型機器人分別去往不同目標位置,以及控制3個微型機器人分別跟蹤不同的參考路徑。

        一群相互合作的機器人獲得了單個機器人所沒有的許多特性,它們可以劃分工作量,應對風險,甚至可以創建復雜的結構來應對環境的變化。由于微米和納米級的微型機器人太小了,因此它們幾乎沒有實際應用。但如果它們能夠“結群”合作,潛在用途將大大增加。

        微型機器人有大作用的。美國加利福尼亞州一家初創企業表示,把微型機器人送入人類顱骨深處以治療腦部疾病長期以來一直都是科幻小說的內容,但這可能很快將成為現實。Bionaut實驗室公司去年獲得了美國食品和藥物管理局(FDA)的審批,這為治療丹迪-沃克綜合征以及惡性神經膠質瘤的臨床試驗鋪平了道路。惡性神經膠質瘤這種腦腫瘤在醫學上一般被認為是無藥可救的絕癥。

        在治療腦部膠質瘤時,微型機器人將被用來直接向腦腫瘤注射抗癌藥物,以實現對病灶的精準打擊。施皮格爾馬赫說,現有治療方法包括用藥物“轟炸”全身,這不僅會給機體帶來嚴重的副作用,還可能造成療效喪失。此外,微型機器人還可以在大腦內部進行測量并收集組織樣本。擁有約30名員工的Bionaut實驗室公司與合作伙伴就利用該技術治療帕金森氏癥、癲癇和中風等大腦疾病進行了討論。

        施皮格爾馬赫說:“據我所知,在設計此類帶有明確臨床試驗目的產品上,我們是第一個做出商業努力的。但我覺得我們不會是唯一一個這樣做的……這一領域正在逐漸火起來?!?/p>

        此前,利用納米技術,科學家們創造了一種新設計的神經形態電子裝置,賦予微型機器人以彩色視覺。為微型機器人開發一種微尺度的照相機,可以讓機器人進入目前手段無法觸及的狹窄空間,并在醫療診斷、環境研究、制造業、考古學等方面開辟新的前景。這種生物仿生“電眼”推進了顏色識別,這是最關鍵的視覺功能,在目前的研究中,由于普遍的顏色傳感設備難以降級,因此錯過了這個功能。

        傳統的顏色傳感器通常采用橫向的顏色傳感通道布局,消耗了大量的物理空間,而且提供的顏色檢測精度較低。研究人員開發了獨特的堆疊技術,為硬件設計提供了一種新方法。德瓦爾斯半導體賦能的垂直色彩傳感結構提供了精確的色彩識別能力,可以簡化人工視覺系統降維的光學鏡頭系統的設計。

        微型機器人的發展,是建立在大規模集成電路制造技術基礎上的。微驅動器、微傳感器都是在集成電路技術基礎上用標準的光刻和化學腐蝕技術制成的。兩者之間不同的是集成電路大部分是二維刻蝕的,而微型機器人則完全是三維的。微型機器人和超微型機器人已逐步形成一個牽動眾多領域向縱深發展的新興學科,它的影響力度是相當高的。




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