南卫理公会大学的研究人员开发了一种电磁线圈系统，可以在不用一直盯着它们的位置的情况下控制微型机器人——这算是个大突破，以后微型机器人就能在人体里、工业管道里，还有那些摄像头照不到的地方干活了。

"在真实环境中，成像方法可能复杂、缓慢、昂贵或不可靠，"首席发明人李尚元是南卫理公会大学BAST实验室的博士后研究员，他说。"通过减少或消除位置追踪的需求，该系统可以在难以观察的环境中变得更简单、更靠谱、更实用，同时仍能提供受控运动。"

这个仪器的原理是搞出一个均匀磁场梯度，不管微型机器人待在哪个位置，都能给它施加一个稳定的力。这样一来，就不用一直更新它的位置了——这可是以前控制微型机器人时最头疼的问题。共同发明人金敏俊解释说。他是南卫理公会大学莱尔工程学院的Robert C. Womack讲座教授，也是BAST实验室的负责人。

他表示，这一进展对于生物医学应用尤为重要，在这种应用中，微型机器人（或称微小机器人）能够将药物精确递送至特定位置，进行微创手术，或在传统器械难以触及的身体部位进行诊断。

南卫理公会大学博士生兼研究助理穆罕默德·I·阿齐兹（Muhammad I. Azeez）以及亚辛·卡加泰·杜伊古（Yasin Cagatay Duygu，2026年获南卫理公会大学博士学位）也协助搭建了该设备，也就是三轴亥姆霍兹线圈装置。该研究成果已发表在《IEEE Access》期刊上。

无需摄像机的微型机器人导航

无需摄像机的微型机器人导航

可以把磁场梯度想象成一个斜坡：坡度越陡，对微型机器人产生的“拉力”或“磁力”就越强。李说，在许多现有的线圈系统中，这种梯度并非处处相同——它会随微型机器人所在位置的变化而变化。这意味着，为了施加合适的磁力并使微型机器人移动到精确位置，得知道它的确切位置。

新系统在整个工作区域内形成了更均匀的坡度/梯度，使得微型机器人无论处于何种位置都能感受到稳定的磁力。因此，该系统不再需要持续追踪微型机器人的位置并进行调整。

为了在三维空间中产生磁场，研究人员使用了六个独立的线圈，分成三对（每对对应一个轴：X、Y、Z）。

随后，该仪器用三轴磁力计（一种能测三个方向磁场的设备）校准，以保证系统精确产生出预期的磁场。

为了确定每个线圈的正确电流，研究人员采用了一种叫吉洪诺夫正则化的聪明算法。金说，这有助于避免因线圈微小偏移和亥姆霍兹线圈系统奇异性问题导致的错误。

最后，为了测试仪器的性能，他们使用了一种名为COMSOL的计算机模拟工具，预测磁场在系统内部的变化情况。研究人员表示，模拟结果与实际测试的吻合度达到了99%。

在线圈系统得到验证后，该研究团队正在探索利用摄像头以外的传感器来估算微型机器人位置的技术。

更多信息： Sangwon Lee 等人，《三轴亥姆霍兹系统的仪器化：用于位置无关磁力控制的建模、校准与验证》，IEEE Access (2025)。DOI: 10.1109/access.2025.3641895