Científicos de la Universidad Tecnológica de Nanyang, Singapur (NTU Singapur) han desarrollado robots de tamaño milimétrico que se controlan con campos magnéticos. Estos robots son capaces de ejecutar una manipulación altamente maniobrable y diestra, y podrían tener un gran impacto en campos como la biomedicina y la fabricación.
La investigación fue publicada en la revista científica Materiales avanzados En Mayo.
Aprovechando los robots de pequeña escala existentes
Los robots en miniatura se crearon incorporando micropartículas magnéticas en polímeros biocompatibles, que son materiales no tóxicos para los humanos. Los robots están programados para que cuando se les apliquen campos magnéticos, lleven a cabo las funcionalidades deseadas.
La nueva tecnología se basó en robots a pequeña escala anteriores, y las nuevas incorporaciones incluyen una capacidad optimizada para moverse en seis grados de libertad (DoF), que es un movimiento de traslación a lo largo de los tres ejes espaciales y un movimiento de rotación alrededor de esos ejes, o rodar. , cabeceo y ángulos de guiñada.
Los investigadores ya habían desarrollado previamente seis robots en miniatura de DoF, pero las nuevas versiones pueden girar 43 veces más rápido en el sexto DoF crítico, siempre que su orientación se controle con precisión.
Debido al uso de materiales “blandos” en su construcción, los robots pueden replicar cualidades mecánicas. Por ejemplo, uno puede nadar mientras que otro puede agarrar, levantar y colocar objetos en miniatura con precisión.
El profesor asistente Lum Guo Zhan de la Facultad de Medicina e Ingeniería Aeroespacial es el autor principal del estudio.
Según el profesor Lum, el mayor avance depende en gran medida del descubrimiento del tercer y último vector principal ‘elusivo’ de los campos magnéticos. Antes de este descubrimiento, los campos magnéticos aplicados solo se definían en términos de dos vectores principales.
“Mi equipo buscó descubrir los principios de funcionamiento fundamentales de los robots en miniatura que tienen movimientos de seis DoF a través de este trabajo. Al comprender completamente la física de estos robots en miniatura, ahora podemos controlar con precisión sus movimientos. Además, nuestro método de fabricación propuesto puede magnetizar estos robots para producir pares de seis DoF de 51 a 297 veces más grandes que otros dispositivos existentes. Por lo tanto, nuestros hallazgos son fundamentales y representan un avance significativo para las tecnologías robóticas a pequeña escala”, dijo Asst. Prof. Lum.
Los robots en miniatura miden aproximadamente el tamaño de un grano de arroz, por lo que son útiles cuando se trata de llegar a espacios confinados y cerrados que limitan a los robots grandes. Esto significa que el nuevo desarrollo es especialmente útil en medicina.
Los robots pueden ser controlados de forma remota por un operador y un programa que se ejecuta en una computadora de control. El programa altera la fuerza y la dirección de los campos magnéticos generados por un sistema de bobina electromagnética.
En medicina, los robots en miniatura podrían llegar a ciertos órganos vitales como el cerebro, pero será necesario realizar muchas más pruebas y ajustes antes de que puedan aplicarse de esta manera.
Los coautores de la investigación incluyen a los estudiantes de doctorado Xu Changyu y Yang Zilin de la Escuela de Ingeniería Mecánica y Aeroespacial.
“Además de la cirugía, nuestros robots también pueden ser valiosos en aplicaciones biomédicas, como el ensamblaje de dispositivos de laboratorio en chip que se pueden usar para diagnósticos clínicos al integrar varios procesos de laboratorio en un solo chip”, dijeron.
Probando los robots
El equipo de investigación probó los robots en experimentos de laboratorio y demostró su destreza y velocidad.
Con un bot inspirado en una medusa, el equipo lo controló para que nadara a través de una barrera de apertura estrecha cuando estaba suspendido en el agua. Este experimento demostró cómo los robots pueden sortear barreras en entornos dinámicos e inciertos, lo que significa que, en el futuro, podrían usarse para aplicaciones biomédicas específicas, como procedimientos quirúrgicos.
El robot en miniatura también superó la rotación más rápida de cualquier robot en miniatura existente.
El equipo de investigación ahora buscará hacer los robots aún más pequeños, reduciéndolos a unos pocos cientos de micrómetros. También quieren que eventualmente sean completamente autónomos.