徐天添團隊提出一種磁驅(qū)微型機器人在 2D 平面空間中的自動操控方法

中國科學院深圳先進技術(shù)研究院智能仿生技術(shù)中心徐天添研究團隊在磁驅(qū)微型機器人自動化操控方面取得進展。相應(yīng)成果為“Liu J, Xu TT, Yang SX, et al. Navigation and visual feedback control for magnetically driven helical miniature swimmers [J]. IEEE Transactions on Industrial Informatics, 2020, 16(11): 447-487(磁驅(qū)微型機器人的導(dǎo)航與視覺反饋控制)”。

由于磁驅(qū)微型機器人在醫(yī)療方面具有微創(chuàng)性和易于通過復(fù)雜狹小環(huán)境的特點，近年來受到研究者廣泛關(guān)注。目前，磁驅(qū)動微型的導(dǎo)航與控制仍然是具有挑戰(zhàn)性的研究工作。該研究提出一種磁驅(qū)微型機器人的自動化操控方法：首先，采用一種全局規(guī)劃算法，即優(yōu)化的隨機探索樹來計算復(fù)雜環(huán)境下的可行路徑；其次，提出一種基于視覺反饋的路徑跟隨控制算法，同時給出了穩(wěn)定定性的分析。特別地，采用單隱層前饋神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來逼近磁驅(qū)微型機器人自轉(zhuǎn)方向與實際運動方向之間的映射關(guān)系。

實驗結(jié)果表明，優(yōu)化后的隨機搜索樹方法用最短的搜索步驟找到了最短的平滑路徑，滿足磁驅(qū)微型機器人非完整約束運動的特點。穩(wěn)定的控制可以確保磁驅(qū)微型機器人跟隨規(guī)劃出的路徑，達到了亞毫米級的操控精度。

該工作首次將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用于磁驅(qū)微型機器人的運動建模與控制中，成功實現(xiàn)磁驅(qū)微型機器人的運動規(guī)劃與運動控制，這為磁驅(qū)微型機器人靶向醫(yī)療提供了重要的理論參考和工程實踐技術(shù)基礎(chǔ)。

平面空間自動化操控方案