多纤毛磁力微机器人及其控制系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种多纤毛磁力微机器人及其控制系统，所述多纤毛磁力微机器人包括微机器人基体及位于微机器人基底上的磁力驱动模块，所述微机器人基体包括主体部及位于主体部两侧对称设置的若干纤毛结构，所述主体部包括第一端及第二端，主体部的宽度自第一端至第二端逐渐减小。本实用新型专利技术基于摆动磁场驱动，模仿自然界中真核细胞生物体测的纤毛运动，依靠人造的侧边多纤毛驱动其运动，以更大效率在微全分析系统中进行工作。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及微机器人及医学治疗
，特别是涉及一种多纤毛磁力微机器人及其控制系统。
技术介绍
400年前，从第一台光学显微镜被技术并登上历史舞台开始，人们开始意识到自然界中上存在着大量多种多样的微小但复杂精巧的生物体，它们能够自由移动，并能够感知周围环境甚至具备一定的智能。至此，神奇的微观世界的大门开始打开。微观世界至此独立于宏观世界，与之相关的学术课题慢慢成为学术界的研究热点。在某部科幻电影中，一群科学家利用神奇的缩小射线将载人潜水艇缩小至微尺寸大小，成功进入了一位身患重病的患者的血液中，并挽救他的生命。尽管此为科幻电影中的情节，且诸如神奇的缩小射线技术和奇妙的人体内一日游这样的场景显得十分不实际甚至是天方夜谭，但却展示出了一个利用微型机器人进行无创医学治疗的景象。确实，微机器人凭借其自身微小的尺寸和自由、无约束、可控等特点，十分适合在封闭狭小的体内环境下运动并进行各种功能应用，例如在人体血管内进行靶向载药、微创/无创诊断和手术等应用，能够大大减少病人受到的伤害和折磨。除此之外，近年来在生物工程领域，芯片实验室(微全分析系统)成为热门，微机器人凭借自身的优点，能够在芯片实验室内部通道中自由移动，实现样品、试剂的采集和运输、分离和检测、以及微型零部件的装配等操作。现如今，磁力微机器人凭借巨大的潜力正吸引越来越多的学者们投身到对其的研究当中，许多优秀的研究成果被呈现，磁力微机器人具有无限的潜能和巨大的应用前景。依靠匀强磁场驱动方式又可以分为基于转动匀强磁场的驱动方式和基于摆动匀强磁场的驱动方式，前者展现了优秀的运动学性能，但微机器人的制造难度大；而后者制造方便，可实现大批量生产，但目前其运动性能表现欠佳。如Khalil等人于2014年提出的“磁力精子”微机器人，借助尾部的扩散波变形模仿了精子细胞在液体环境中的运动方式，磁力精子依靠外磁场带动机器人头部磁力模块的摆动再带动机器人尾部摆动，驱动自身向前运动。由于采用了成熟的微制造工艺技术，该微机器人的制造过程简单，易完成批量生产，成本低廉。其整体长度尺寸仅为322微米长，且可以进一步缩小，但其最优速度仅可达到158μm/s，约为1/2体长每秒，受到其结构以及运动方式设计的限制，具有尾部柔性不足、运动表现欠缺的缺点。因此，针对上述技术问题，有必要提供一种多纤毛磁力微机器人及其控制系统。
技术实现思路
有鉴于此，本技术的目的在于提供一种多纤毛磁力微机器人及其控制系统，以克服现有技术中磁力微机器人尾部柔性不足、运动表现欠缺的不足。为了实现上述目的，本技术实施例提供的技术方案如下：一种多纤毛磁力微机器人，所述多纤毛磁力微机器人包括微机器人基体及位于微机器人基底上的磁力驱动模块，所述微机器人基体包括主体部及位于主体部两侧对称设置的若干纤毛结构，所述主体部包括第一端及第二端，主体部的宽度自第一端至第二端逐渐减小。作为本技术的进一步改进，所述磁力驱动模块为软磁材料层。作为本技术的进一步改进，所述磁力驱动模块为椭圆状的镍层，磁力驱动模块远离主体部的第二端设置。作为本技术的进一步改进，所述纤毛结构自主体部向外偏向于第二端一侧延伸设置，纤毛结构的长度自第一端向第二端方向逐渐减小。作为本技术的进一步改进，所述纤毛结构包括位于第一端一侧的第一边及位于第二端一侧的第二边，第一边及第二边均为圆弧形设置，且同一个纤毛结构中第一边的圆弧半径小于第二边的圆弧半径。作为本技术的进一步改进，不同的所述纤毛结构中第一边的圆弧半径自第一端向第二端方向逐渐减小，不同的所述纤毛结构中第二边的圆弧半径自第一端向第二端方向逐渐减小。相应地，一种多纤毛磁力微机器人的控制系统，所述控制系统包括：磁力平台，用于为多纤毛磁力微机器人提供摆动磁场；微全分析系统，位于磁力平台的工作平台上，用于对多纤毛磁力微机器人进行微全分析；图像获取模块，与微全分析系统相连，用于记录多纤毛磁力微机器人的运动时序图；远程控制模块，与图像获取模块相连，用于远程控制多纤毛磁力微机器人的运动；驱动电源，与磁力平台和远程控制模块相连，用于为磁力平台提供电源。作为本技术的进一步改进，所述磁力平台包括若干Helmholt线圈及位于Helmholt线圈中间的工作平台，所述Helmholt线圈包括处于第一方向且相互平行的两个第一Helmholt线圈、以及位于两个第一Helmholt线圈之间且处于第二方向的第二Helmholt线圈，所述第一方向的第一Helmholt线圈与第二方向的第二Helmholt线圈垂直设置。本技术的有益效果是：多纤毛磁力微机器人基于摆动磁场驱动，模仿自然界中真核细胞生物体测的纤毛运动，依靠人造的侧边多纤毛驱动其运动，以更大效率在微全分析系统中进行工作；采用软磁材料的磁力驱动模块依附在微机器人的基体上，尾部的柔性可以使微机器人更灵活运动，速度可以达到自身长度；多纤毛磁力微机器人通过微制造工艺获得，采用原材料沉积、图形转移、蚀刻三步进行，制造工艺简单；对控制系统的驱动电源进行二次开发，进一步对电源信号各参数的控制及驱动信号进行了优化，整个控制系统结构简单，控制方便。附图说明为了更清楚地说明本技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本技术一具体实施方式中多纤毛磁力微机器人的结构示意图；图2为本技术一具体实施方式中多纤毛磁力微机器人的制造方法流程图；图3为本技术一具体实施方式中多纤毛磁力微机器人的制造工艺流程图；图4为本技术一具体实施方式中多纤毛磁力微机器人控制系统的模块示意图；图5为本技术一具体实施方式中磁力平台的结构示意图；图6为本技术一具体实施方式中磁力平台摆动磁场的示意图；图7为本技术一具体实施方式中多纤毛磁力微机器人的运动时序图；图8为本技术一具体实施方式中不同摆动角下的磁力微机器人的运动速度折线图；图9为本技术一具体实施方式中不同磁场强度下的磁力微机器人的运动速度折线图。具体实施方式为了使本
的人员更好地理解本技术中的技术方案，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本技术保护的范围。参图1所示，本技术一具体实施方式中的一种多纤毛磁力微机器人10，包括微机器人基体11及位于微机器人基底上的磁力驱动模块12，微机器人基体11包括主体部111及位于主体部两侧对称设置的若干纤毛结构112，主体部111包括第一端1101及第二端1102，第一端1101和第二端1102的外侧均呈半圆形设置，主体部111的宽度自第一端1101至第二端1102逐渐减小。其中，本技术中的磁力驱动模块12为软磁材料层，优选地，本实施方式中磁力驱动模块12为椭圆状的镍层，磁力驱动模块12远离主体部111的第本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多纤毛磁力微机器人，其特征在于，所述多纤毛磁力微机器人包括微机器人基体及位于微机器人基底上的磁力驱动模块，所述微机器人基体包括主体部及位于主体部两侧对称设置的若干纤毛结构，所述主体部包括第一端及第二端，主体部的宽度自第一端至第二端逐渐减小。

【技术特征摘要】
1.一种多纤毛磁力微机器人，其特征在于，所述多纤毛磁力微机器人包括微机器人基体及位于微机器人基底上的磁力驱动模块，所述微机器人基体包括主体部及位于主体部两侧对称设置的若干纤毛结构，所述主体部包括第一端及第二端，主体部的宽度自第一端至第二端逐渐减小。2.根据权利要求1所述的多纤毛磁力微机器人，其特征在于，所述磁力驱动模块为软磁材料层。3.根据权利要求2所述的多纤毛磁力微机器人，其特征在于，所述磁力驱动模块为椭圆状的镍层，磁力驱动模块远离主体部的第二端设置。4.根据权利要求1所述的多纤毛磁力微机器人，其特征在于，所述纤毛结构自主体部向外偏向于第二端一侧延伸设置，纤毛结构的长度自第一端向第二端方向逐渐减小。5.根据权利要求4所述的多纤毛磁力微机器人，其特征在于，所述纤毛结构包括位于第一端一侧的第一边及位于第二端一侧的第二边，第一边及第二边均为圆弧形设置，且同一个纤毛结构中第一边的圆弧半径小于第二边的圆弧半径。6.根据权利要求5所述的多纤毛磁力微机器人，其特征在于，不同的所述纤毛结构中第一边的圆弧半...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄海波，张磊磊，陈立国，李相鹏，郑亮，刘会聪，刘吉柱，
申请(专利权)人：苏州大学，
类型：新型
国别省市：江苏;32