近日，中國(guó)科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院集成所智能仿生中心團(tuán)隊(duì)在微型機(jī)器人領(lǐng)域取得新進(jìn)展。針對(duì)相同磁場(chǎng)下多個(gè)磁驅(qū)動(dòng)軟體微型機(jī)器人接收相同磁場(chǎng)而難以獨(dú)立控制的問(wèn)題，團(tuán)隊(duì)提出了一種完全解耦的多磁驅(qū)動(dòng)軟體微型機(jī)器人獨(dú)立控制策略，首次實(shí)現(xiàn)了4個(gè)磁性軟體微型機(jī)器人的獨(dú)立位置控制和3個(gè)磁性軟體微型機(jī)器人的獨(dú)立路徑跟隨控制。 研究成果以Independent Control Strategy of Multiple Magnetic Flexible Millirobots for Position Control and Path Following 為題，發(fā)表在機(jī)器人領(lǐng)域權(quán)威期刊IEEE Transactions on Robotics （JCR 一區(qū)，影響因子：5.567）。智能仿生中心徐天添研究員(第10批會(huì)員)為第一作者，吳新宇研究員(第2批會(huì)員)為通訊作者。其他作者中，博士生黃晨陽(yáng)完成了算法實(shí)現(xiàn)及實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，碩士生賴證宇協(xié)助完成實(shí)驗(yàn)。IEEE Transactions on Robotics 是IEEE旗下機(jī)器人與自動(dòng)化協(xié)會(huì)的匯刊，是國(guó)際機(jī)器人領(lǐng)域頂級(jí)期刊之一，每年收錄論文僅一百余篇。 T. Xu, C. Huang, Z. Lai and X. Wu, "Independent Control Strategy of Multiple Magnetic Flexible Millirobots for Position Control and Path Following," in IEEE Transactions on Robotics, doi: 10.1109/TRO.2022.3157147. 原文鏈接：https://ieeexplore.ieee.org/document/9740251 多個(gè)微型機(jī)器人可以協(xié)同執(zhí)行復(fù)雜的任務(wù)，從而增加系統(tǒng)的冗余度和擴(kuò)展性，提高任務(wù)的執(zhí)行效率。然而，獨(dú)立控制多個(gè)由外界磁場(chǎng)驅(qū)動(dòng)的微型機(jī)器人是具有挑戰(zhàn)的，因?yàn)槿执艌?chǎng)中的多個(gè)微型機(jī)器人受到的磁場(chǎng)信號(hào)是相同的，難以實(shí)現(xiàn)選擇性地獨(dú)立驅(qū)動(dòng)多個(gè)微型機(jī)器人中的某一個(gè)。因此，如何實(shí)現(xiàn)相同磁場(chǎng)下獨(dú)立解耦地控制多個(gè)微型機(jī)器人運(yùn)動(dòng)，使得每個(gè)機(jī)器人可以獨(dú)立地被選擇驅(qū)動(dòng)，是非常具有挑戰(zhàn)的工作。 
圖1:多個(gè)磁驅(qū)動(dòng)軟體微型機(jī)器人獨(dú)立控制示意圖 研究團(tuán)隊(duì)提出了一種新穎的多個(gè)磁驅(qū)動(dòng)微型機(jī)器人完全解耦的獨(dú)立控制策略，可以實(shí)現(xiàn)獨(dú)立控制四個(gè)微型機(jī)器人分別去往不同目標(biāo)位置，以及控制三個(gè)微型機(jī)器人分別跟蹤不同的參考路徑。首先，研究團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了一種毫米級(jí)軟體微機(jī)器人，可以被外界振蕩磁場(chǎng)驅(qū)動(dòng)，并在平面上進(jìn)行爬行運(yùn)動(dòng)。其次，設(shè)計(jì)并制作了一系列具有相同幾何形狀但磁化方向不同的異構(gòu)軟體微型機(jī)器人，這些不同磁化方向的軟體微型機(jī)器人對(duì)振蕩磁場(chǎng)的速度響應(yīng)曲線相同，但相位不同。然后，基于異構(gòu)機(jī)器人的速度響應(yīng)模型，設(shè)計(jì)了最優(yōu)獨(dú)立驅(qū)動(dòng)控制算法，可以針對(duì)微機(jī)器人群期望的速度矩陣計(jì)算出相應(yīng)的最優(yōu)驅(qū)動(dòng)磁場(chǎng)策略，實(shí)現(xiàn)如被選擇的一個(gè)機(jī)器人速度非零，其他的近似為零。 
圖2: 多個(gè)磁矩異構(gòu)的軟體微型機(jī)器人在相同振蕩磁場(chǎng)中具體不同的速度響應(yīng) (gif動(dòng)圖) 
圖3:多個(gè)磁驅(qū)動(dòng)軟體微型機(jī)器人完全解耦的獨(dú)立控制策略框圖 通過(guò)仿真及實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了多個(gè)磁驅(qū)動(dòng)微型機(jī)器人完全解耦的獨(dú)立控制策略。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，2 ~ 4個(gè)異構(gòu)軟體微型機(jī)器人的完全解耦獨(dú)立控制是可行的，且當(dāng)機(jī)器人數(shù)量不斷增加時(shí)，可能存在步態(tài)不穩(wěn)定、速度耦合的情況，但通過(guò)反饋控制得到優(yōu)化。實(shí)驗(yàn)中采用了基于視覺(jué)的伺服控制方法，實(shí)現(xiàn)了最多4個(gè)微型機(jī)器人的位置控制和3個(gè)毫微米機(jī)器人的路徑跟蹤控制，控制誤差小于身體長(zhǎng)度的三分之一。論文中還討論了最多可被獨(dú)立控制的微型機(jī)器人數(shù)量，并探討了增加最大數(shù)量可能的方法。 
圖4: 多個(gè)磁驅(qū)動(dòng)軟體微型機(jī)器人被獨(dú)立控制前往不同目標(biāo)位置 (gif動(dòng)圖) 
圖5: 多個(gè)磁驅(qū)動(dòng)軟體微型機(jī)器人被獨(dú)立控制跟隨不同參考路徑 (gif動(dòng)圖) 未來(lái)，通過(guò)本研究提出的獨(dú)立控制策略，多個(gè)微型機(jī)器人有望在生物醫(yī)學(xué)、微操作等領(lǐng)域協(xié)作完成復(fù)雜的任務(wù)。 該系列研究工作得到了國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家自然基金、廣東省、中科院青促會(huì)、深圳市等科技項(xiàng)目資助。
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