南方衛理公會大學的科學家開發了一種磁環系統，可以在不需要持續追蹤微型機器人位置的情況下進行控制，這解決了該領域長期以來的局限性。大多數微型機器人系統依賴相機或成像工具來實時監控運動，但這些方法可能緩慢、昂貴或不可靠，特別是在可見度受限的環境中，例如人類體內或工業管道中。這個新系統通過產生均勻的磁場梯度，對微型機器人施加穩定的力，無論它們位於工作空間的哪裡，都能發揮作用。
主創發明者李相源表示，在現實環境中，成像方法往往複雜、緩慢且不可靠。通過減少或消除對位置追蹤的需求，這個系統可以變得更簡單、更穩健，並更實用於那些難以觀察的環境，同時仍能提供受控的運動。
該系統不需要相機，通過確保微型機器人在整個場域中體驗到相同的磁力，從而消除了持續更新位置的需求，這在精確導航中通常是至關重要的。設置使用六個線圈，分為三對，沿 X、Y 和 Z 軸生成三維磁場。該系統經過三軸磁強計的校準以確保準確性。為了進一步調整性能，研究人員使用一種稱為 Tikhonov 正則化的數學方法計算每個線圈的正確電流，以避免因對齊不準確而產生的誤差。團隊隨後利用模擬和現實測試驗證了該系統，結果顯示預測的磁場行為與觀察結果之間的匹配度達到 99%。
這個系統被稱為三軸亥姆霍茲線圈儀，使用六個線圈分成三個垂直的對來生成各個方向的可控磁場。研究人員使用三軸磁強計來校準設置，確保磁場在整個工作空間內保持均勻。他們還依賴 COMSOL 模擬來模擬磁場的行為，然後在實際條件下進行測試。這種模擬與實驗的結合幫助確認了該系統可以在不依賴成像系統的持續反饋下可靠地引導微型機器人。
在沒有視覺追蹤的情況下引導微型機器人的能力，可能為醫療和工業領域開啟新的可能性。李相源表示，這一進展對生物醫學應用尤其重要，微型機器人可以潛在地將藥物精確送達特定位置、進行微創手術或在傳統儀器難以到達的身體部位進行診斷。由於該系統不依賴相機，因此可以在成像不可行的環境中運作，例如在不透明液體或狹窄的封閉結構內。
研究人員目前正在探索使用其他感應器來估算微型機器人位置的替代方法，這可能進一步改善在複雜環境中的控制。這一發展標誌著從重追蹤的系統轉向更自主的控制方法，潛在地簡化了微型機器人在現實條件下的部署方式。該研究發表在《IEEE Access》期刊上。
