An On-Wall-Rotating Strategy for Effective Upstream Motion of Untethered Millirobot: Principle, Design, and Demonstration

机器人 运动(物理) 符号 人工智能 流量(数学) 工程类 计算机科学 机械工程 模拟 算法 数学 几何学 算术
作者
Yang Liu,Tieshan Zhang,Han Ming Huang,Hao Ren,Wanfeng Shang,Yajing Shen
出处
期刊:IEEE Transactions on Robotics [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:39 (3): 2419-2428
标识
DOI:10.1109/tro.2023.3249569
摘要

Untethered miniature robots that can access narrow and harsh environments in the body show great potential for future biomedical applications. Despite the many types of millirobot that have been developed, swimming against the fast blood flow remains a big challenge due to lack of the ability to stay still and the large fluidic resistance from blood. This article proposes an on-wall-rotating strategy and a streamlined millirobot to achieve effective upstream motion in the lumen. First, the principle of on-wall-rotating strategy and the dynamic motion model of the millirobot is established. Then, a critical safety angle $\theta _{s}$ is theoretically and experimentally analyzed for the safe and stable control of the robot. After that, a series of experiments are conducted to verify the proposed driving strategy. The results suggest that the robot is able to move at a speed of 5 mm/s against flow velocity of 138 mm/s, which is comparable to the blood flow of 2700 mm $^{3}$ /s and several times faster than other reported driving strategies. This work offers a new strategy for the untethered magnetic robot construction and control for blood vessels, which would promote the application of millirobot for biomedical engineering.

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