Development of magnetic actuation technique for implantable micro-robot

植入式微型机器人磁驱动技术的发展

基本信息

批准号：
22K04068
负责人：
本田崇
金额：
$ 2.66万
依托单位：
Kyushu Institute of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

本研究では、2040年頃の社会で実現が期待されるインプランタブルマイクロロボットへの応用を想定した『マイクロ磁気アクチュエータのワイヤレス駆動技術』を開発することにある。提案する技術は、マイクロロボットに内蔵するためのマイクロ磁気アクチュエータ、及び、それを駆動するための外部磁界発生システムから構成される。開発するマイクロ磁気アクチュエータは自走やその場に固定する動作だけでなく、生検や穿刺といった診断・治療のための動作を行う。また、卓上の小型ロボットアーム等で永久磁石を駆動するコンパクトな外部磁界発生システムでの駆動の可能性を探る。1年目では研究計画に沿って、従来のカプセル形状(直径11mm)を使って駆動システムの構築と新形状(cmサイズ)の自走機能と固定機能の検討を行った。まず前半では、可動アームにステッピングモータを取り付け、そのモータの軸に直径30mm、高さ30mmの円柱状ネオジム磁石を固定した磁界発生システムを試作した。検証には研究室で作製された拡張アンカーと細胞診機能を有するカプセルを使用した。磁石から50mm離れた場所での駆動を確認できたが、それよりも離れると磁界が低下し駆動が困難となった。そこで身体の反対側にもう一つの外部磁石を配置する構成を考案し、２つの磁石を180mm離した駆動システムに改良した。その結果、身体の深部まで駆動に必要な磁界強度を確保することができた。後半は、カプセルではない形状について自走機能や固定機能の検討を行った。自走機能についてメッシュ状のチューブの変形を利用した機構を考案した。固定機構では折り紙構造を採用し、大きな変形を得る新たな機構を提案した。両者とも拡大モデルを試作し、基本動作の確認を行った。

这项研究旨在为微磁性执行器开发无线驱动技术，该技术旨在应用于2040年左右在社会中实现的植入式微型机器人。该提议的技术由构建在微型机器人中的微型磁性执行器以及用于驱动微磁性驱动驱动微型磁场的外部磁场生成系统。正在开发的微磁性执行器不仅是自行的或固定在现场的，而且还进行了诊断和治疗性操作，例如活检和刺穿。此外，我们将探索驾驶紧凑的外部磁场生成系统的可能性，该系统在桌子上驱动带有小机器人臂的永久磁铁。在第一年，根据研究计划，我们使用常规胶囊形状（直径为11mm）构建了一个驱动系统，并检查了新形状（CM大小）的自旋转和固定功能。首先，在上半场，将垫脚电动机连接到可移动的臂上，并且直径为30毫米，高度为30毫米的圆柱形肾磁铁固定在电动机的轴上。为了进行验证，使用了具有扩展锚固剂和细胞学功能的实验室制造胶囊。有人确认磁铁是在50毫米外的位置驱动的，但是当磁场距离较远时，磁场会掉落，因此很难驾驶。因此，设计了一种配置，其中将另一个外部磁铁放在人体的另一侧，并将两个磁体改进到相距180mm的驱动系统。结果，确保行驶深入体内所需的磁场强度。在下半年，我们考虑了不是胶囊的形状的自行式和固定功能。对于自构件的功能，设计了一种机制，该机制利用了网状管的变形。固定机制使用折纸结构，并提出了一种新的机制，可以进行大变形。两种模型都是原型的，以确认基本操作。