用于磁力驱动胶囊机器人方向滚动的3D打印各向异软磁涂层

胶囊机器人是Minimally invasive诊断与治疗的有前景工具，适用于胃肠镜检查、靶向药物输送及组织活检等应用。传统磁力驱动胶囊机器人在两端嵌入笨重的永久磁铁，导致可用腔体缩小约10-20 mm，并限制功能模块的集成。本文提出一种紧凑的3D打印软胶囊机器人，采用磁力涂层取代内部磁铁，使其通过薄型功能外壳实现运动，同时保留整个内部腔体作为连续体积用于医学有效载荷。这种顺式硅胶-磁性复合材料还提高了可吞咽性，即使在略大尺寸的胶囊中亦可实现。磁力学模拟与实验确认，编程NSSN/SNNS极分布提供强各向异性和可靠扭矩生成，实现稳定的双向滚动、全向转向、攀爬7.5度斜坡以及遍历5 mm突出物。当胶囊处于0.3 mT以上磁场时，滚动运动得以维持。我们的实验 setup 中，有效驱动深度为30 mm。未来工作将优化材料配方、涂层厚度和磁力布局，以提升力量输出与耐久性；同时，下一代带有闭环反馈的机器人臂式场发生器将解决非线性问题并拓展操控自由度。综上，这些进展旨将涂层式胶囊机器人推向可靠的临床应用，并拓宽其在Minimally invasive诊断与治疗领域的应用前景。