Недавние прорывы в управлении магнитными микророботами позволили точнее контролировать их движение.

Но одна проблема оставалась нерешенной — как избегать препятствий в трехмерном пространстве без сложных расчетов, которые тормозят работу.

Команда профессора Цзянфаня Ю из Китайского университета Гонконга (Шэньчжэнь) предложила неожиданное решение: радарную систему, которая быстро сканирует пространство и корректирует маршрут, не перегружая процессор.

Результаты опубликованы в издании Cyborg and Bionic Systems.

Система работает в три этапа:

• Сфера движения — определяет возможные направления,
• Сфера обнаружения — следит за препятствиями,
• Алгоритм «от грубого к точному» — ищет оптимальный путь без лишних вычислений.

Это как если бы вы вели машину в тумане, но у вас был бы датчик, который мгновенно подсказывает, куда свернуть, — объясняет Ю.

Чтобы проверить идею, ученые создали микропловца с винтовым движителем, который управляется комбинацией радара и нейросетевого контроллера. Вязкий глицерин (950 сПз) имитировал среду живых тканей, а 16 шариков (1.3 мм) — статические и движущиеся препятствия. Робот успешно достигал цели в 97% случаев, даже когда «враги» двигались со скоростью 125 мкм/с.

Нейро-нечеткий контроллер — гибрид нейросети и системы логических правил, который учится на ошибках. Например, если робота сносит течением, контроллер запоминает, как сильно надо скорректировать курс, и в следующий раз делает это автоматически.

Как это работает:

• Магнитное поле (3 мТл, 7 Гц) вращает винт, толкая робота вперед со скоростью 180 мкм/с.
• Радар обновляет направление 2.6 раза в секунду — в 6 раз быстрее, чем стандартные методы.
• Нейросеть корректирует курс, если течение сбивает робота с пути (ошибка не превышает 145 мкм).

Проблемы остались: резкие маневры иногда приводят к перелетам, а сближение с препятствиями вынуждает робота делать крюк. Следующий шаг — испытания в живом организме с подключением фотоакустической визуализации.

Микророботы смогут доставлять лекарства точно в опухоль, не задевая сосуды, или чистить артерии от тромбов без операции. В промышленности — ремонтировать микросхемы или собирать наноустройства. Главное — система дешевле аналогов за счет экономии вычислительных ресурсов.

Метод тестировали только в однородной жидкости, тогда как в реальных тканях вязкость меняется. Неясно, как радар поведет себя при сканировании непрозрачных сред, например, мышечных волокон.

Ранее ученые создали робота для микроскопических химических реакций.