Bo w miejscach, gdzie wzrok nie sięga – na przykład głęboko wewnątrz ludzkiego ciała lub w mętnych cieczach przemysłowych rurociągów – technologia ta stawała się droga, powolna i często nawet bezużyteczna. Naukowcy z Southern Methodist University (SMU) opracowali jednak system, który pozwala mikrobotom poruszać się „na oślep”, zachowując przy tym pełną precyzję i kontrolę, co może całkowicie zrewolucjonizować medycynę i inżynierię.
Stabilna siła zamiast ciągłego podglądu. Jak działa nowy system?
Głównym architektem tego rozwiązania jest Sangwon Lee wraz ze swoim zespołem. Zamiast polegać na nieustannym śledzeniu pozycji bota i korygowaniu pola magnetycznego w zależności od tego, gdzie akurat znajduje się urządzenie, naukowcy stworzyli środowisko o jednolitym gradiencie. Innymi słowy – mikrobot doświadcza dokładnie takiej samej siły przyciągania magnetycznego w każdym punkcie przestrzeni roboczej.
Konstrukcja, znana jako trójosiowy przyrząd z cewkami Helmholtza, składa się z sześciu cewek ułożonych w trzy prostopadłe pary (osie X, Y i Z). Dzięki takiemu układowi możliwe jest generowanie kontrolowanych pól magnetycznych we wszystkich trzech wymiarach jednocześnie. Aby system był niezawodny, badacze zastosowali zaawansowaną metodę matematyczną – regularyzację Tichonowa, która pozwala precyzyjnie obliczyć natężenie prądu dla każdej cewki, eliminując błędy wynikające z ewentualnego niewłaściwego wyrównania elementów.
Czytaj też: Mięśnie na powietrze. Robotyczna rewolucja z Arizony
Wyniki testów przeprowadzonych przez zespół z SMU są imponujące:
- 99-procentowa zgodność — symulacje komputerowe niemal idealnie pokryły się z rzeczywistymi zachowaniami pola magnetycznego.
- Brak opóźnień — wyeliminowanie potrzeby ciągłego przesyłania obrazu z kamer sprawia, że system jest szybszy i bardziej odporny na zakłócenia.
- Niezależność wizualna — mikroboty mogą poruszać się w nieprzezroczystych płynach, co wcześniej było ich największą barierą.
Nowa era w medycynie — dostarczanie leków prosto do celu
Zastosowania tej technologii, opisane w czasopiśmie IEEE Access, budzą ogromne nadzieje szczególnie w sektorze biomedycznym. Wyobraźmy sobie mikroskopijne roboty, które są wprowadzane do krwiobiegu pacjenta, by dostarczyć silnie działający lek bezpośrednio do komórek nowotworowych lub udrożnić zablokowaną tętnicę. W tradycyjnych systemach lekarz musiałby polegać na skomplikowanym obrazowaniu rentgenowskim lub ultrasonograficznym, by „widzieć”, co robi robot. System z SMU pozwala na zaprogramowanie trasy i siły poruszania się bota bez konieczności nieustannego monitorowania jego lokalizacji.
Czytaj też: Kiedy biologia spotyka robotykę, a maszyny zaczynają „myśleć”
Poza medycyną, technologia ta znajdzie zastosowanie w przemyśle, bo mikroboty sterowane magnetycznie mogą przeprowadzać diagnostykę i naprawy wewnątrz wąskich, zamkniętych struktur, takich jak mikropęknięcia w instalacjach chemicznych czy silnikach lotniczych, gdzie wprowadzenie jakiejkolwiek kamery jest fizycznie niemożliwe. Naukowcy z SMU nie spoczywają jednak na laurach i już teraz badają alternatywne czujniki (inne niż kamery), które mogłyby jeszcze bardziej precyzyjnie szacować pozycję robota w skomplikowanych środowiskach, czyniąc go jeszcze bardziej autonomicznym.
Źródło: IEEE Access, SMU
