Optimales Design von sanften kontinuierlichen magnetischen Robotern unter Follow-the-Leader-Formungsanregung

Wir beschreiben ein neuartiges Paradigma für aufgaben-spezifische Optimierung von millimetergroßen, magnetisch betätigten sanften Kontinuumrobotern für Anwendungen in endoskopischen Verfahren. Insbesondere konzentrieren wir uns auf einen mehrsegmentalen, elastomerischen Manipulator, dessen Magnetisierung und Anregungsfeld für die Follow-the-Leader-Formung während der Einfügung in eine bekannte Umgebung optimiert wird. Die Optimierung des längswisemon Magnetisierungsprofils oder magnetischen Signatur erfolgt parallel zur Optimierung des anregenden magnetischen Feldes für eine Reihe von gewünschten Formen. Wir verwenden ein Rigid-Link-Modell für die Mechanik des Manipulators und nehmen an, dass ein kontrolliertes homogenes magnetisches Feld im Arbeitsbereich erzeugt werden kann. Um die Wirksamkeit des vorgeschlagenen Ansatzes zu demonstrieren, stellen wir unsere Ergebnisse gegen die durch die Finite-Elemente-Analyse (FEA) erzeugten Ergebnisse. Darüber hinaus vergleichen wir unsere vorgeschlagene Methode mit einem traditionellen spitzenangetriebenen System, das eine feste Magnetisierung aufweist; dies zeigt eine 48%ige Fehlerreduktion in der Formungsfähigkeit. Der präsentierte Ansatz wird in drei weiteren Navigationsszenarien bewertet und zeigt Potenzial als Entwurfswerkzeug für sanfte magnetische medizinische Roboter.