科技日报记者刘传书
像蚂蚁般年夜小的微型机械人进进人体治病，这仿佛是在科幻片子中才会呈现的场景，而我国科研职员有看让这成为实际。中国科学院深圳进步前辈手艺研究院集成所徐天添副研究员多年来潜心研究微型机械人的节制活动，其团队研发的软体薄膜机械人，可在磁场驱动下，在液体中实现多模态活动，并实现特定位置的悬停。徐天添团队还提出一种新型路径跟从节制算法，针对毫米级磁驱动软体微型机械人，实现了3D肆意路径的跟从节制，将来有看用于体内靶向给药。本年11月，相干研究功效取得了范畴内学术会议——IEEE智能机械人与系统国际会议（IROS）最好利用论文奖。
图为徐天添副研究员。图片由深圳进步前辈院供给
液体中“螺旋泳”进步的柔性机械人
单个直径仅1毫米摆布，长度6毫米摆布，无需电池或马达，只需外部磁场节制，就可以在液体中“泅水”，徐天添团队研发的微型机械人实现了在液体中的多模态活动，包罗转动、爬动、螺旋活动等。
“今朝实验用的机械人才料以硅胶为主，并在此中插手钕铁硼颗粒（NdFeB）制成的磁性纳米粒子。这类微型机械人的原始状况是直条状的，在扭转磁场的驱动下，可主动构成螺旋状，并在液体中游动。”徐天添先容道。
为了让游动情况更接近人的血液、眼球液等体液，徐天添团队测验考试在分歧浓度的硅油摹拟活动。成果显示，螺旋形物体在高粘度流体里的活动效力较高。
另外，因为软体薄膜微型机械人的材质特别，可与四周情况产生柔性接触，在生物医学利用中，可以或许避免给组织器官造成毁伤。徐天添暗示，将来还会测验考试水凝胶等更具有生物相容性的材质。
壮大磁场实现自由“悬停”
要想实现体内靶向给药，微型机械人不但要学会活动，还要可以或许在指定位置“悬停”。这也是该范畴中的研究困难之一。
若何让机械人听话？谜底仍然是磁场。
徐天添团队设计了一套全新的多自由度磁控装配，其主体部门由几个线圈构成。在尝试中，将装有液体的烧杯放在线圈中心，装配顶部的摄像头可以及时反应烧杯中微型机械人的轴向和中间位置，并经由过程算法改变磁场标的目的，来节制微型机械人。
经由过程尝试，团队发现微型机械人在外部驱动下，构成的螺距会随磁场频率而缩小，直到螺旋布局塌缩，机械人构成一个类圆柱体的状况并悬停在某一名置。若是改变磁场频率，机械人会再次构成螺旋状并继续活动。
“悬停也是柔性机械人的上风之一，可以或许在指定位置停住，并进行有针对性的药物开释，这是硬性材料所不具有的功能。”徐天添说道。
功效获顶会最好利用论文奖
“螺旋活动”“自由悬停”“柔性材质”……本年上半年，徐天添在微型机械人研究中的科研功效已在机械人范畴闻名学术期刊IEEE Transactions系列上持续颁发4篇论文。
更值得一提的是，本年11月徐天添团队取得了顶级学术会议IEEE智能机械人与系统国际会议（IROS）最好利用论文奖，这是中国年夜陆地域近十年来第一次取得IROS的最好论文类奖项。
获奖的科研功效是成功实现了3D路径跟从节制，也就是说，团队在微型机械人活动与悬停的根本上，进一步实现了路径计划与导航功能。“路径跟从节制是微型机械人实现利用的最根本和最底层的节制使命之一，团队提出了一种基于向量场的路径跟从节制算法，实现了这一点。”
徐天添先容，在基于该节制算法设计的交互系统中，经由过程3D画图鼠标，绘制肆意曲率的3D参考路径，机械人就可以依照线路来步履。“这一算法必定了人在操控中的焦点地位，将来如用于临床，大夫便能计划机械人的具体路径。”
同时，团队还在练习微型机械人的避障能力，避免碰触到危险区域，使三维活动轨迹加倍精准。
游动“蚁人”，利用远景广漠
因为微型机械人的尺寸小，可在复杂狭窄的空间内轻松功课，是以在靶向药物输送和靶向医治标的目的上有很是年夜的利用潜力。
“好比眼球视神经动脉栓塞，今朝没法完全消弭栓塞，只能依托一些消肿药物来减轻症状。将来微型机械人有看直接将药物输送到栓塞的血管内部，或直接进行精准手术。”徐天添暗示，在人们的双手或探头难以接触到的部位，微型机械人将年夜派用处。
厚积薄发，功效频出，这位年青的科研工作者对本身的研究范畴布满酷爱。2010年，徐天添于巴黎中心理工年夜学取得产业工程专业硕士学位后，在巴黎第六年夜学继续攻读博士。在博士时代初次接触微型机械人后，找到了本身的乐趣地点。
2014年，徐天添取得机械人专业博士学位后，在喷鼻港中文年夜学做博士后研究。为了继续从事爱好的研究标的目的，她于2016年插手深圳进步前辈院集成所智能仿生中间。她暗示，微型机械人的财产化另有一段间隔，而深圳进步前辈院对根本研究的鼓动勉励赐与了较强的自由度与自立性。
“在深圳进步前辈院这个综合型科研平台上，我们有机遇做更多跨学科且更深切的研究，相信将来在微型机械人范畴会有更多利用级的功效降生。”
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