游动微纳机器人的发展趋势及挑战

常晓丛1,2, 李隆球1, 周德开1,2(1.哈尔滨工业大学机电工程学院;2.哈尔滨工业大学重庆研究院)
摘要:游动微纳机器人作为微执行器的重要分支,凭借尺寸小、推重比大、可控性好等特性,能够深入传统机器人无法到达的狭小空间,为生物医学、环境监测、纳米工程等领域带来变革性思路。近年来,随着材料科学、纳米技术和生物技术的不断发展,游动微纳机器人的研究取得了显著进展。然而,游动微纳机器人的研究和应用仍面临着复杂环境中的高效运动和控制、生物相容性和可降解性,以及临床应用等诸多挑战。因此,文章综述了游动微纳机器人在驱动方法、设计与制造、控制方法及应用的进展,分析了发展趋势,并提出未来的发展建议,以期为相关领域学者提供参考和借鉴,推动游动微纳机器人技术的进一步发展和应用。
关键词:微纳机器人;驱动与控制;设计与制造;应用领域

目录介绍

1 游动微纳机器人的驱动方法

1.1 化学场驱动微纳机器人

1 气泡驱动微纳机器人

2) 自扩散泳驱动微纳机器人

3) 自电泳驱动微纳机器人

1.2 外物理场驱动微纳机器人

1) 磁场驱动微纳机器人

2 光场驱动微纳机器人

3 超声场驱动微纳机器人

4 电场驱动微纳机器人

1.3 微生物驱动微纳机器人

1) 细菌驱动微纳机器人

2) 精子细胞驱动微纳机器人

3) 微藻驱动机器人

1.4 混合动力驱动微纳机器人

2 游动微纳机器人的设计与制造

2.1 螺旋状微纳机器人制造方法

2.2 管状微纳机器人制造方法

2.3 双面球状微纳机器人制造方法

2.4 生物杂化微纳机器人制造方法

3 游动微纳机器人的控制方法

3.1 基于外物理场的运动控制

1) 磁场控制

2) 光场控制

3) 超声场控制

4) 电场控制

3.2 趋向性控制方法

1) 趋化性控制

2) 趋光性控制

3 趋磁性控制

4) 趋流性控制

5) 趋重性控制

3.3 人工智能控制方法

1 智能路径优化

2) 多机器人系统控制

4 游动微纳机器人的应用领域

4.1 生物医疗

1 靶向药物

2) 医学成像

4.2 环境保护

1) 环境监测

2 环境治理

4.3 纳米工程

1) 显微成像

2 电路修复

3) 货物运输

4) 微纳加工

5 游动微纳机器人发展趋势及建议

5.1 游动微纳机器人的发展趋势

1 功能多样化

2) 精确度提升

3 交叉融合与智能化

4 制造成本降低

5) 集群智能化

6) 临床应用拓展

5.2 游动微纳机器人的发展建议

1 探索新材料与新结构,提高微纳机器人驱动效率与稳定性

2) 研究实时定位技术并结合人工智能技术,提升微纳机器人的运动控制精度

3) 提升生物相容性与可降解性,实现微纳机器人的临床应用

6 结束语

 

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