يقوم المجال المغناطيسي بتدوير البراغي الفردية التي تتحكم في حركة الذراعين والساقين ورأس اللعبة عبر الحبال

هناك طريقتان للتحكم عن بعد في الروبوت. إما أن تحاول تجهيزه بنظام دفع مستقل ونظام ملاحة (صعب للغاية) ، أو تقوم بإنشاء روبوت صغير جدًا يتحرك في مجال مغناطيسي. يتم التحكم في الروبوت بواسطة مغناطيس خارجي كبير. إن التحكم عن بعد في مثل هذه الأجهزة مطلوب بشكل خاص في الطب ، خاصة وأن الأجهزة ذات الحجم حتى بضعة ميكرومتر تخضع بشكل جيد للتحكم المغناطيسي. تم بالفعل الانتهاء من التجارب على وضع القسطرة عن بعد في القلب والتحكم في مسبار الفيديو في الجهاز الهضمي . الإمكانات الهائلة للماكينات الدقيقة لتوصيل الأدوية لأعضاء بشرية معينة.

ومع ذلك ، تتطلب العديد من التطبيقات الواعدة للتحكم المغناطيسي عملًا منسقًا ليس واحدًا ، ولكن العديد من روبوتات الميكروبات في وقت واحد. حتى الآن ، تمكن العلماء من تحقيق الحركة المتزامنة فقط للروبوتات المتطابقة في مجال متجانس ، ولكن ليس المشاركين التعسفيين في السرب. نعم ، كان هناك عدد من التجارب على التحكم الفردي للروبوتات من سرب. ولكن في جميع الحالات ، يجب أن تختلف هذه الروبوتات عن بعضها البعض في الخواص المغناطيسية أو في التصميم. هذا هو السبب في أن العمل العلمي للفيزيائيين من مختبر الأبحاث التابع لشركة Philips GmbH Innovative Technologies مثير للاهتمام. لقد تعلموا أن يلفوا المجال المغناطيسي في أماكن عشوائية - وأجروا بنجاح تجارب لربط وفك البراغي الفردية الموجودة بجانب بعضها البعض.

للوهلة الأولى ، ليس من الواضح كيف يرتبط التواء البراغي التعسفية بالتحكم في سرب الروبوتات في جسم الإنسان. ومع ذلك ، إذا كنت تفكر في ذلك ، فإن هذه المهام قريبة جدًا. بعد كل شيء ، فإن التحكم في المجال المغناطيسي بهذه الدقة يسمح لك بإنشاء سحب مغناطيسي في مناطق محددة من جسم الإنسان - بالضبط حيث يوجد الجهاز المغناطيسي ، والذي يجب أن يتم تحريكه.

شد البراغي الفردية مع المجال المغناطيسي

مبدأ العمل

يُظهر الرسم التوضيحي أدناه قضيب تطبيق بقطر تجويف 12 سم ، ويتكون من ثلاثة أزواج من لفائف النحاس المركبة على ثلاثة محاور مكانية ، ونوى حديدية أسطوانية لتقوية الحقل على طول المحور z. يشبه التصميم إلى حد ما من حيث المبدأ جهاز التصوير بالجسيمات المغناطيسية (MPI) ، ولكن المهمة المعاكسة هنا - ليس للكشف عن موقع الجسيمات المغناطيسية بدقة عالية ، ولكن للتحكم في هذه الأجسام بنفس الدقة العالية.



إذا كان تيار من نفس السعة يتدفق على طول ملفين ، فإن مجالًا منتظمًا مكانيًا ينشأ على طول المحاور ، كما هو الحال في حلقات Helmholtz . يتيح لك الجمع بين ثلاثة أزواج من الملفات إنشاء حقول ديناميكية موحدة للتوجيه التعسفي. إذا كانت تيارات من نفس السعة تتدفق في اتجاهات متعاكسة ، فإن زوجًا من الملفات يعمل مثل ملف Maxwell ، مما يشكل مجالًا متدرجًا (في الرسم التوضيحي في أعلى اليمين وفي الرسم التوضيحي أدناه).


تكوين ملف ماكسويل المثالي

عند إجراء تجربة مفاهيمية ، أثبت العلماء أنه يمكنهم شد البراغي الموجودة حرفياً في أماكن عشوائية داخل المولد الميداني.

يوضح الرسم التوضيحي كيفية حساب اتجاه متجه المغنطة وتوليد عزم الدوران. تسمح لك الفيزياء بإحكام / فك جميع البراغي في نفس الوقت أو كل برغي على حدة.



يعتقد العلماء أن الجهاز المطور يمكن استخدامه بالفعل في الطب. على سبيل المثال ، لربط وفك البراغي التي يتم وضعها داخل الكبسولات أو الغرسات التي يتم تثبيتها بإحكام في الأنسجة المحيطة بجسم الإنسان. إذا كانت الكبسولة مقفلة ، فلن تدور مع المسمار. علاوة على ذلك ، يمكن أن تكون قوة تثبيت الكبسولة عالية جدًا بحيث تسمح لك بربط البراغي أو البراغي مباشرة في أنسجة جسم الإنسان. على سبيل المثال ، في العظام.

ربما يكون التواء الجهاز بمجال مغناطيسي قابل للتطبيق على حركة الميكروبات في سوائل الجسم. في هذه الحالة ، سيتلقى الأطباء سيطرة انتقائية مطلوبة بشدة على سرب من الميكروبات في جسم الإنسان.

بالإضافة إلى ذلك ، يمكن التحكم في الآلات الأكثر تعقيدًا في جسم الإنسان عن طريق تدوير مسامير التحكم الفردية ، كما هو موضح في KDPV باستخدام لعبة Lego كمثال (توضيح من ورقة علمية). يمكن أن تكون بعض الغرسات المعقدة داخل الجسم. ربما في جراحة العظام ، سيتم تعديل شكل الغرسات دون الحاجة إلى استخدام المحركات أو تركيب البطاريات داخل الجهاز. يقترح العلماء الاستخدام العملي للدوران البعيد للمسامير في الأجهزة لإطالة الأطراف ، والتحكم في المضخات الدقيقة ، والإفراج عن الأدوية ، وللإدخال الدقيق لـ ¹⁰³ حبيبات من النوع Pd في الأورام السرطانية (العلاج الإشعاعي التلامسي).

نُشر المقال العلمي في 15 فبراير 2017 في مجلة Science Robotics (doi: 10.1126 / scirobotics.aal2845).