面向靶向治疗的磁驱动螺旋形微型机器人的三维路径跟随视觉伺服控制

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号：
    61703392
  • 项目类别：
    青年科学基金项目
  • 资助金额：
    28.0万
  • 负责人：
    徐天添
  • 依托单位：
    中国科学院深圳先进技术研究院
  • 学科分类：
    F0306.自动化检测技术与装置
  • 结题年份：
    2020
  • 批准年份：
    2017
  • 项目状态：
    已结题
  • 起止时间：
    2018-01-01 至2020-12-31

项目摘要

Magnetically actuated helical microswimmers are suitable for targeted therapy in eyes. However, the existing control methods for helical microswimmers cannot satisfy the requirements of applications, such as the precision, the repeatability, and the avoidance of dangerous areas. Focus on the two proposed key scientific issues, "image feature and pose of helical microswimmers based on monocular vision systems" and "3D path following of magnetically actuated helical microswimmers using visual servoing", this project develops the basic theories and key technologies of magnetically actuated microswimmers on image processing, pose calculation, motion modelling, motion control, and etc. This project aims to propose a method for image feature extraction and pose calculation of a helical microswimmer based on monocular vision systems, as well as a visual servo control method for 3D path following of the non-holonomic and non-linear motion system of magnetically actuated helical microswimmers, in order to achieve a precise path control of helical microswimmers, and founds the theoretical and experimental basis for microswimmers towards targeted therapy.
磁驱动螺旋形微型机器人是面向眼球内靶向治疗的理想载体，但是现有的针对螺旋形机器人的控制方法无法满足精确、可重复以及有效避开危险区域等技术需求。本项目围绕着“基于单目系统的螺旋形机器人图像特征与其位姿关系”，“磁驱动微型螺旋形机器人的三维路径跟随视觉伺服控制方法”两个关键科学问题，展开磁驱动螺旋形机器人在图像识别、位姿计算、运动建模、运动控制等方向的理论基础与关键技术研究。采用单目视觉反馈系统，针对螺旋形结构的复杂性与不对称行，提出螺旋形微型机器人的图像特征提取以及位姿计算方法，针对螺旋型推进运动的非完整约束的特点，建立非线性的三维路径跟随视觉伺服控制方法，以达到精确地控制螺旋形微型机器人运动轨迹的目的。为面向靶向治疗的微型机器人的发展打下理论与实验基础。

结项摘要

磁驱动螺旋形微型机器人是面向眼球内靶向治疗的理想载体。然而，现有的微型机器人控制精度不高、鲁棒性差和可重复性低等特点，限制了微型机器人走向临床应用。本项目针对螺旋形机器人应用于靶向治疗将面临的难点，围绕着“基于单目系统的螺旋形机器人图像特征与其位姿关系”，“磁驱动微型螺旋形机器人的三维路径跟随视觉伺服控制方法”两个关键科学问题，展开磁驱动螺旋形机器人在图像识别、位姿计算、运动建模、运动控制等方向的理论基础与关键技术研究。本项目提出了螺旋形结构微型机器人基于单目视觉系统的图像特征提取以及位姿计算方法，并建立了基于螺旋形推进非完整运动约束的三维运动模型的。针对磁场驱动的螺旋形微型机器人设计了三维路径跟随视觉伺服控制方法，成功实现了精确、鲁棒和可重复地控制螺旋形微型机器人的运动路径跟随。重要的研究成果为研制面向靶向药物输送，靶向治疗的微型机器人提供基础理论和技术支撑。

项目成果

期刊论文数量（13）
专著数量（0）
科研奖励数量（0）
会议论文数量（0）
专利数量（2）
Image-Based Visual Servoing of Helical Microswimmers for Planar Path Following
用于平面路径跟踪的螺旋微型游泳器基于图像的视觉伺服
  • DOI：
    10.1109/tase.2019.2911985
  • 发表时间：
    2020-01-01
  • 期刊：
    IEEE TRANSACTIONS ON AUTOMATION SCIENCE AND ENGINEERING
  • 影响因子：
    5.6
  • 作者：
    Xu, Tiantian;Guan, Yanming;Wu, Xinyu
  • 通讯作者：
    Wu, Xinyu
Reconfiguration, Camouflage, and Color-Shifting for Bioinspired Adaptive Hydrogel-Based Millirobots
基于仿生自适应水凝胶的 Millirobots 的重新配置、伪装和变色
  • DOI：
    10.1002/adfm.201909202
  • 发表时间：
    2020-01-07
  • 期刊：
    ADVANCED FUNCTIONAL MATERIALS
  • 影响因子：
    19
  • 作者：
    Du, Xuemin;Cui, Huanqing;Wu, Xinyu
  • 通讯作者：
    Wu, Xinyu
Hydrophobicity Influence on Swimming Performance of Magnetically Driven Miniature Helical Swimmers
疏水性对磁驱动微型螺旋游泳器游泳性能的影响
  • DOI：
    10.3390/mi10030175
  • 发表时间：
    2019-03-06
  • 期刊：
    MICROMACHINES
  • 影响因子：
    3.4
  • 作者：
    Ye, Chengwei;Liu, Jia;Xu, Tiantian
  • 通讯作者：
    Xu, Tiantian
Dynamic Morphology and Swimming Properties of Rotating Miniature Swimmers With Soft Tails
软尾旋转微型游泳者的动态形态和游泳特性
  • DOI：
    10.1109/tmech.2019.2912404
  • 发表时间：
    2019-06-01
  • 期刊：
    IEEE-ASME TRANSACTIONS ON MECHATRONICS
  • 影响因子：
    6.4
  • 作者：
    Xu, Tiantian;Yu, Jiangfan;Zhang, Li
  • 通讯作者：
    Zhang, Li
Automatic Manipulation of Magnetically Actuated Helical Microswimmers in Static Environments.
静态环境中磁驱动螺旋微型游泳器的自动操纵
  • DOI：
    10.3390/mi9100524
  • 发表时间：
    2018-10-16
  • 期刊：
    Micromachines
  • 影响因子：
    3.4
  • 作者：
    Liu J;Xu T;Huang C;Wu X
  • 通讯作者：
    Wu X

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其他文献

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徐天添的其他基金

磁驱动微型机器人
  • 批准号：
  • 批准年份：
    2020
  • 资助金额：
    120 万元
  • 项目类别：
    优秀青年科学基金项目

相似国自然基金

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课题项目：调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要：

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题，其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子，其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而，TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用，影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法，探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用，为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义，并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路：

科学问题：TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达？
前期研究：已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应，但其具体机制尚不明确。
研究创新点：本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线：包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术：TRIM2与病毒RNA的相互作用分析，IFN-β启动子活性检测。
实验模型：使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
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