中科院首次實現4個磁性軟體微型機器人獨立位置控制

4月1日消息，記者從中科院官網了解到，近日，中國科學院深圳先進技術研究院集成所智能仿生中心團隊在微型機器人研究中取得進展，針對相同磁場下多個磁驅動軟體微型機器人接收相同磁場而難以獨立控制的問題，團隊提出一種完全解耦的多磁驅動軟體微型機器人獨立控制策略，首次實現4個磁性軟體微型機器人的獨立位置控制和3個磁性軟體微型機器人的獨立路徑跟隨控制。

據悉，相關成果發表在機器人領域期刊IEEE Transactions onRobotics上。

據介紹，多個微型機器人可協同執行復雜的任務，從而增加系統冗余度和擴展性，提高任務執行效率。然而獨立控制多個由外界磁場驅動的微型機器人具有挑戰，因為全局磁場中的多個微型機器人受到的磁場信號是相同的，難以實現選擇性地獨立驅動多個微型機器人中的某一個。

該研究提出一種新穎的多個磁驅動微型機器人完全解耦的獨立控制策略，可實現獨立控制4個微型機器人分別去往不同目標位置，以及控制3個微型機器人分別跟蹤不同的參考路徑。

首先，設計了一種毫米級軟體微機器人，可被外界振蕩磁場驅動，并在平面上進行爬行運動。其次，設計并制作了一系列具有相同幾何形狀但磁化方向不同的異構軟體微型機器人，這些不同磁化方向的軟體微型機器人對振蕩磁場的速度響應曲線相同，但相位不同。然后，基于異構機器人的速度響應模型，設計了最優獨立驅動控制算法，可針對微機器人群期望的速度矩陣計算出相應的最優驅動磁場策略，實現被選擇的一個機器人速度非零，其他的近似為零。

仿真及實驗驗證了多個磁驅動微型機器人完全解耦的獨立控制策略。實驗結果表明，2至4個異構軟體微型機器人的完全解耦獨立控制是可行的，且當機器人數量不斷增加時，可能存在步態不穩定、速度耦合的情況，但通過反饋控制得到優化。實驗中采用了基于視覺的伺服控制方法，實現了最多4個微型機器人的位置控制和3個毫微米機器人的路徑跟蹤控制，控制誤差小于身體長度的三分之一。

此外，研究還討論了最多可被獨立控制的微型機器人數量，探討了增加最大數量可能的方法。