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Ces nouveaux microbots vont se frayer un chemin à travers votre corps

Ces nouveaux microbots vont se frayer un chemin à travers votre corps

Placer un microbot dans un corps humain avec un bloc-batterie pourrait passer d'un appareil utile à une situation dangereuse si le robot cessait de fonctionner. Mais que se passerait-il si vous pouviez éliminer complètement les batteries et les moteurs? Ces dernières années, les scientifiques ont perfectionné des microrobots contrôlés magnétiquement. Mais contrôler plusieurs robots dans le même champ magnétique s'est avéré être un défi assez difficile. Maintenant, une équipe d'ingénieurs a récemment annoncé qu'elle avait créé un dispositif magnétique capable de faire fonctionner des microbots de manière indépendante, bien qu'ils soient sous le même champ magnétique.

À l'avenir, la technologie pourrait aider dans les opérations où de nombreux microbots sont nécessaires. Ensemble, ils seront en mesure de fournir des opérations thérapeutiques non invasives et permettront des systèmes locaux d'administration de médicaments ou d'implants médicaux plus précis.

[Source de l'image: Spectre IEEE via Youtube]

Le défi

Il existe un problème inhérent au contrôle des robots avec des aimants. Les champs magnétiques qui contrôlent les robots influencent les mouvements de la même manière. Bien que les essaims aient l'air cool lorsqu'ils opèrent à l'unisson, les contrôler indépendamment est une tâche difficile. Actuellement, il existe quelques méthodes où les composants individuels peuvent être contrôlés indépendamment procheles uns aux autres. Mais jusqu'à présent, il n'y avait pas de méthode efficace qui puisse sélectivement faire fonctionner des composants juste à côté deL'une et l'autre.

Étant donné que l'une des principales utilisations sera l'assistance dans les applications médicales, les robots devront naviguer de manière indépendante à travers les petits canaux et passages à l'intérieur du corps humain. Pour de nombreuses opérations, une seule micromachine ne la coupera pas.

La tâche est difficile depuis de nombreuses années, jusqu'à maintenant. Les chercheurs ont récemment publié un article décrivant un nouveau système magnétique qui peut contrôler sélectivement des microbots identiques qui ne sont que millimètres séparés dans le même champ magnétique.

Concevoir un système pour surmonter le problème

Au lieu d'utiliser de minuscules robots avec des systèmes de propulsion et de navigation autonomes, les robots s'appuient sur une solution remarquablement plus élémentaire; un robot qui est alimenté à distance par magnétisme. La technologie permettant de modifier les composants à l'intérieur d'un champ magnétique existe depuis assez longtemps. Sans avoir besoin d'un système d'alimentation direct et de commandes mécaniques, les robots peuvent être beaucoup plus petits.

Au lieu d'une batterie et d'un moteur traditionnels, les robots à commande magnétique reposent uniquement sur le magnétisme pour la propulsion et la manipulation. Les robots peuvent être fabriqués à partir de composants beaucoup moins dangereux. Pourtant, en même temps, ils peuvent toujours naviguer avec autant ou plus de précision que les robots alimentés par batterie.

Auparavant, le robot entier était enfermé dans une cape magnétique qui modifie la position du robot. Cependant, le problème demeure de savoir comment contrôler les robots individuellement. Sans connexion physique, chaque microbot reçoit une entrée similaire et agira de la même manière. Pour lutter contre ce problème, les chercheurs Jürgen Rahmer, Christian Stehning et Bernhard Gleich ont développé un nouveau générateur de champ magnétique qui peut faire fonctionner sélectivement des microbots individuels ou des composants spécifiques, même ceux du même champ.

Contrôle individuel des microbots

Il existe deux façons de contrôler différents microrobots dans le même champ. Premièrement, vous pouvez construire des composants de différentes tailles qui agiraient différemment dans un champ magnétique donné. Bien sûr, des essaims plus gros seraient difficiles à fabriquer et l'entrée magnétique devrait être assez complexe. Comme le décrivent les articles des chercheurs, il existe également une technique qui utilise des champs magnétiques pour interagir de manière sélective avec des composants spécifiques.

La technique est vraiment fascinante. La façon dont les chercheurs contrôlent les composants sélectifs n'est pas en ciblant les objets avec une entrée magnétique. Les pièces destinées à se déplacer sont plutôt entourées d'un trou de champ magnétique en forme d'anneau, appelé point de champ libre (FFP). Au centre de plusieurs bobines magnétiques alignées, les champs se rencontrent et créent un très gradient de champ faible. Au lieu de cibler les pièces qui devraient bouger, le champ magnétique exerce une force sur toutes les pièces qui devraient ne pas bouge toi. Tout ce qui n'est pas à l'intérieur du FFP est "verrouillé" en place par le gradient de champ supérieur. Ensuite, en introduisant un champ magnétique rotatif doux, les choses à l'intérieur (et seulement à l'intérieur) du FFP tourneront.

Comment faire tourner des pièces dans différentes directions

Pour que les vis tournent indépendamment, celles qui sont destinées à bouger doivent se trouver à l'intérieur du FFP. Les vis qui sont à l'extérieur du FFP reçoivent une force magnétique qui les incline latéralement, les empêchant de tourner, créant le «verrou». Au centre, le champ magnétique n'incline pas la vis, la laissant libre de tourner en place par un autre champ magnétique. La technologie est encore loin de pouvoir la mettre en œuvre dans une situation réelle, mais c'est une technologie impressionnante. Néanmoins, les scientifiques ont pu actionner individuellement les vis aussi près que possible 3 millimètresune part. Une fois la technologie évoluée, elle pourra peut-être contrôler des composants encore plus proches.

Une bobine Maxwell [à gauche], essentiellement un ensemble de bobines orthogonales (représentées par des anneaux) crée le FFP autour des microrobots. L'appareil produit un champ magnétique [à droite] d'une magnitude proche de zéro au centre. [Source de l'image:Yasutoshi Ishihara, Tsuyoshi Kuwabara et Naoki Wadamori]

Applications futures

L'actionnement individuel de composants spécifiques est une technologie incroyablement utile. Avec lui, des pompes mécaniques peuvent être fabriquées qui ne rapprochent pas l'électricité du fluide à l'intérieur. Au lieu de cela, un mécanisme externe pourrait faire fonctionner individuellement un système de pompes en choisissant les pompes à faire tourner et celles à «verrouiller». Les pompes feraient également office de soupape, offrant la possibilité de détourner ou d'arrêter complètement le débit. Pendant tout ce temps, aucun composant dangereux n'entrerait en contact avec le fluide.

En utilisant la méthode ci-dessus, un microbot peut être incroyablement petit avec des blocs d'alimentation et des moteurs, car leur taille ne doit pas être prise en compte comme une restriction. À l'avenir, le système pourrait potentiellement contrôler des robots plus complexes capables d'exécuter une tâche spécifique. Le système sera spécifiquement utile dans le traitement des tumeurs. En utilisant la méthode, les robots qui entrent dans le corps auraient des mécanismes de commutation qui sont activés indépendamment. Les robots pourraient transporter des médicaments radioactifs ou d'autres capsules dans la circulation sanguine. Cependant, le dispositif d'activation serait placé uniquement sur la tumeur. Ensuite, une fois que tous les autres robots sont vidés, seuls ceux qui se trouvent dans le champ magnétique de l'appareil libèrent les capsules.

La nouvelle technologie donnera aux futurs robots à commande magnétique un tout nouveau niveau de liberté. Bientôt, des microbots plus petits et plus complexes pourront effectuer des opérations dans le corps avec une grande précision mais sans avoir besoin de matières dangereuses. La technologie est encore loin, cependant, les progrès réalisés chaque jour ne font qu'une question de temps avant que les robots à commande magnétique n'atteignent un niveau de complexité qui les rendra applicables dans le monde réel.

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Écrit par Maverick Baker

Voir la vidéo: Se frayer un chemin à Saïgon (Décembre 2020).