Selvkørende køretøjer i mikroskala

(Phys.org) – I en ny undersøgelse, forskere har udviklet mikroskalaversionen af ​​selvkørende køretøjer:en 5-μm sfærisk mikromotor, der autonomt navigerer sig vej gennem mikrotrafik langs en mikrolabyrint for at nå sin endelige destination. Forskerne forventer, at disse "smarte mikrokøretøjer" har potentielle anvendelser i biomedicinske opgaver, såsom levering af lægemidler til tumorceller, mens man undgår raske celler.

Forskerne, ledet af Longqiu Li ved Harbin Institute of Technology i Kina, og Joseph Wang ved University of California San Diego i USA, har udgivet et papir om de smarte mikrokøretøjer i et nyligt nummer af ACS Nano .

"Vi har indlejret kunstig intelligens i en mikro/nanorobot, " fortalte Li Phys.org . "Vi introducerer et smart mikrokøretøj til præcis autonom navigation i komplicerede og dynamisk skiftende miljøer gennem optimal stiplanlægning. I lighed med deres store køretøjer, den autonome navigation af mikrokøretøjer medfører kollisionsfri bevægelse i dynamiske miljøer."

Indtil nu, mikro- og nanomaskiner er blevet begrænset til navigation, der bruger et lukket sløjfe-kontrolsystem, hvor maskinerne kun kan bevæge sig langs en foruddefineret bane. Den nye undersøgelse markerer den første demonstration af mikromaskiner, der autonomt kan navigere komplekse, dynamisk skiftende miljøer, som dem med andre bevægelige mikromaskiner.

Den autonome navigationsproces består af tre hovedtrin. Et CCD-kamera, der er tilsluttet et mikroskop, tager billeder og sender dem til en ekstraktionsprocessor, som identificerer forhindringer og konstruerer et kort over miljøet. Kortet sendes derefter som input til en Artificial Intelligence (AI) planlægger, som bruger en stisøgningsalgoritme og fuzzy logic tilgang til at bestemme den korteste kollisionsfri vej blandt flere mulige stier til destinationen. AI-planlæggeren sender derefter disse rejsevejledninger til en magnetfeltgenerator, som orienterer et magnetfelt på en sådan måde, at det styrer mikrobilen langs den kollisionsfrie vej.

AI-planlæggeren, som er kernen i det smarte navigationssystem, kan også registrere, når mikrobilen driver fra sin planlagte vej, som kan opstå på grund af tilstedeværelsen af ​​støj. I disse tilfælde, AI-planlæggeren kan samtidig måle fejlen og guide mikrobilen tilbage på stien.

En af de vigtigste anvendelser af denne type smarte mikrokøretøjer kan være inden for det biomedicinske område til opgaver som sygdomsdiagnostik, medicin levering, og præcisionskirurgi. At demonstrere, forskerne viste, at mikrobilen kan bruge kameraet til at mærke og skelne mellem kræftceller, røde blodlegemer, og blandede celler, ved at genkende forskelle i deres størrelse og form. AI-planlæggeren betragter derefter kræftcellerne som målene og de andre celler som forhindringerne, og planlægger en vej i overensstemmelse hermed.

"Vi ønsker at anvende mikro/nanorobotsystemer inden for biomedicinske operationer og manipulation i nanoskala, " sagde Li.

I fremtiden, forskerne planlægger at udvikle mere sofistikerede autonome mikrokøretøjer, med funktioner som autonom bremsning, "fartpilot, vognbanehold, og evnen til at interagere med omgivelserne.

© 2017 Phys.org