Экспериментальный стенд для исследования движения магнитоактивных объектов под действием поля подвижного магнита

Экспериментальный стенд для исследования движения магнитоактивных объектов под действием поля подвижного магнита

Мальчиков Андрей Васильевич
к.т.н., Федеральное государственное бюджетное учреждение высшего профессионального образования Юго-Западный государственный университет (ЮЗГУ), доцент кафедры ММиР, 305040, г. Курск, ул. 50 лет Октября, д. 94, Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра., ORCID: 0000-0003-2902-1721

Яцун Сергей Федорович
д.т.н., профессор, ЮЗГУ, заведующий кафедрой, 305040, г. Курск, ул. 50 лет Октября, д. 94, Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра., ORCID: 0000-0002-7420-0772

Ряполов Петр Алексеевич
д.ф.-м.н., доцент, ЮЗГУ, декан ЕНФ, 305040, г. Курск, ул. 50 лет Октября, д. 94, Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра., ORCID: 0000-0001-7712-0682

Воробьев Данила Владимирович
ЮЗГУ, студент кафедры ММиР, 305040, г. Курск, ул. 50 лет Октября, д. 94, Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

Калмыков Александр Игоревич
ЮЗГУ, студент кафедры ММиР, 305040, г. Курск, ул. 50 лет Октября, д. 94, Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

Материал поступил в редакцию 25 марта 2024 года.

Аннотация
Магнитоактивные роботы с бесконтактным внешним управлением являются перспективным направлением развития методов щадящей микрохирургии, биопсии, адресной доставки лекарственных средств. Важнейшим вопросом при создании безопасных и высокоточных магнитоуправляемых микророботов является организация бесконтактной системы управления, что в свою очередь требует как создания научно-обоснованного математического базиса, так и верификация результатов моделирования в ходе натурных экспериментов. В статье представлен лабораторный экспериментальный стенд для исследования бесконтактного способа управления движением магнитоуправялемых объектов. Предложены конструкция системы позиционирования постоянного магнита, обеспечивающей изменение магнитного поля в окрестности микроробота, структура измерительной системы и программно-аппаратная реализация модуля управления лабораторного стенда. В работе содержатся результаты установочных экспериментов по определению индуктивности магнитного поля в окрестностях магнита, величины пондеромоторной силы, выполнен их анализ.

Ключевые слова
Лабораторный стенд, магнитоуправляемый микроробот, экспериментальные исследования, магнитное поле, магнитоактивный объект.

Благодарности
Исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда № 24-29-00653, https://rscf.ru/project/24-29-00653/.

DOI
10.31776/RTCJ.12404

Индекс УДК 
681.518.3:681.527.83

Библиографическое описание
Экспериментальный стенд для исследования движения магнитоактивных объектов под действием поля подвижного магнита / А.В. Мальчиков [и др.] // Робототехника и техническая кибернетика. – Т. 12. - № 4. – Санкт-Петербург : ЦНИИ РТК. – 2024. – С. 270-279. – Текст : непосредственный.

Литература

  1. Nelson B.J. Microrobots for minimally invasive medicine / Nelson B.J., Kaliakatsos I.K., Abbott J.J. // Annual review of biomedical engineering. – 2010. – Vol. 12. – Pp. 55-85. – URL: https://doi.org/10.1146/annurev-bioeng-010510-103409. – Text: electronic.
  2. Medical imaging of microrobots: Toward in vivo applications / Aziz A. [et al.] // ACS nano. – 2020. – Vol. 14. – №. 9. – Pp. 10865-10893. – URL: https://doi.org/10.1021/acsnano.0c05530. – Text: electronic.
  3. Engineering microrobots for targeted cancer therapies from a medical perspective / Schmidt C.K. [et al.] // Nature Communications. – 2020. – Vol. 11. – №. 1. – P. 5618. – URL: https://doi.org/10.1038/s41467-020-19322-7. – Text: electronic.
  4. Medical micro/nanorobots in complex media / Wu Z. [et al.] // Chemical Society Reviews. – 2020. – Vol. 49. – №. 22. – Pp. 8088-8112. – URL: https://doi.org/10.1039/D0CS00309C. – Text: electronic.
  5. Ferromagnetic soft continuum robots // Science robotics. – 2019. – Vol. 4. – №. 33. – P. eaax7329. – URL: https://doi.org/10.1126/scirobotics.aax732. – Text: electronic.
  6. Evolutionary design of magnetic soft continuum robots / Wang L. [et al.] // Proceedings of the National Academy of Sciences. – 2021. – Vol. 118. – №. 21. – P. e2021922118. – URL: https://doi.org/10.1073/pnas.2021922118. – Text: electronic.
  7. Fabrication of Magnetic Microrobots by Assembly / Deng Y. [et al.] // Advanced Intelligent Systems. – 2024. – Vol. 6. – №. 1. – P. 2300471. – URL: https://doi.org/10.1002/aisy.202300471. – Text: electronic.
  8. Bioinspired soft microrobots with precise magneto‐collective control for microvascular thrombolysis / Xie M. [et al.] // Advanced Materials. – 2020. – Vol. 32. – №. 26. – P. 2000366. – URL: https://doi.org/10.1002/adma.202000366. – Text: electronic.
  9. A magnetically guided self‐rolled microrobot for targeted drug delivery, real‐time X‐Ray imaging, and microrobot retrieval / Nguyen K.T. [et al.] // Advanced Healthcare Materials. – 2021. – Vol. 10. – №. – P. 2001681. – URL: https://doi.org/10.1002/adhm.202001681. – Text: electronic.
  10. Эндоваскулярная катетерная тромбэктомия из нижней полой вены / В.С. Савельев [и др.] // Ангиология и сосудистая хирургия. – 2000. – Т. 6. – №. 1. – C. 61-71. – Текст: непосредственный.
  11. Динамика газожидкостной магнитной системы в неоднородном поле кольцевого магнита / П.А. Ряполов [и др.] // Известия Юго-Западного государственного университета. Серия: Техника и технологии. – 2019. – Т. 9. – №. 3. – С. 79-87. – Текст: непосредственный.
  12. OctoMag: An electromagnetic system for 5-DOF wireless micromanipulation / Kummer M.P. [et al.] // IEEE Transactions on Robotics. – 2010. – Vol. 26. – №. 6. – Pp. 1006-1017. – URL: https://doi.org/10.1109/TRO.2010.2073030. – Text: electronic.
  13. A magnetically controlled soft microrobot steering a guidewire in a three-dimensional phantom vascular network / Jeon S. [et al.] // Soft robotics. – 2019. – Vol. 6. – №. 1. – Pp. 54-68. – URL: https://doi.org/10.1089/soro.2018.0019. – Text: electronic.
  14. Real time object detection and tracking using Deep Learning and OpenCV / Chandan G. [et al.] // 2018 International Conference on inventive research in computing applications (ICIRCA). – IEEE, 2018. – Pp. 1305-1308. – URL: https://doi.org/10.1109/ICIRCA.2018.8597266. – Text: electronic.
  15. Wang J. Machine vision intelligence for product defect inspection based on deep learning and Hough transform / Wang J., Fu P., Gao R.X. // Journal of Manufacturing Systems. – 2019. – Vol. 51. – Pp. 52-60. – URL: https://doi.org/10.1016/j.jmsy.2019.03.002. – Text: electronic.
  16. Free oscillations of magnetic fluid in strong magnetic field / Polunin V.M. [et al.] // Acoustical Physics. – 2016. – Vol. 62. – Pp. 313-318. – URL: https://doi.org/10.1134/S1063771016030131. – Text: electronic.