多个磁驱动软体微型机器人的独立控制研究取得进展

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近期,中国科学院深圳先进技术研究院集成所智能仿生中心的研究团队在微型机器人领域取得了重要突破。该团队针对同一磁场下多个磁驱动软体微型机器人难以独立控制的问题,提出了一种全新的多磁驱动软体微型机器人独立控制策略。这一创新方法首次实现了对四个磁性软体微型机器人的独立位置控制,以及对三个磁性软体微型机器人的独立路径跟随控制。

微型机器人可以协同完成复杂任务,从而提升系统的冗余度和灵活性,提高任务执行效率。然而,要独立控制多个由外界磁场驱动的微型机器人面临诸多挑战,因为这些机器人在同一磁场下的信号相同,很难单独操控其中一个。为了克服这一难题,研究团队设计了一种毫米级的软体微型机器人,这种机器人可以通过外部振荡磁场驱动并在平面上进行爬行运动。此外,他们还开发了一系列具有相同几何形状但磁化方向各异的异构软体微型机器人。这些机器人虽然对外部磁场的响应速度曲线一致,但相位不同。基于这些机器人的速度响应模型,研究团队进一步设计了一种最优独立驱动控制算法,能够根据微机器人群期望的速度矩阵计算出最优的驱动磁场策略,确保被选中的机器人速度非零,其余机器人则接近于静止状态。

仿真和实验均验证了这一多磁驱动微型机器人独立控制策略的有效性。实验结果显示,2至4个异构软体微型机器人可以实现完全解耦的独立控制。尽管随着机器人数量的增加,可能会出现步态不稳定和速度耦合的现象,但通过反馈控制可以有效优化这些问题。实验中采用了基于视觉的伺服控制方法,成功实现了最多4个微型机器人的位置控制和3个微型机器人的路径跟踪控制,控制误差小于机器人身体长度的三分之一。研究还探讨了最多可独立控制的微型机器人数量,并提出了增加这一数量的可能性。

这项研究成果已发表在机器人领域的权威期刊《IEEE Transactions on Robotics》上。该研究得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金以及广东省、中科院、深圳市等科技项目的支持。

本文来源: 图灵汇 文章作者: 洪梅