磁性マイクロロボットの非構造動的環境における適応型共有カスケードナビゲーション制御

科学分野:

• ロボット工学
• 制御システム
• 生物医学工学

背景:

• 磁性マイクロロボットの精密制御は、標的治療などのアプリケーションにとって重要ですが、動的環境では困難です。
• 手動遠隔操作および完全自律システムは、堅牢性と適応性に限界があります。

研究 の 目的:

• 磁気駆動マイクロロボットのための人間と機械の共有カスケード制御方法を提案すること。
• 人間の知性と機械の自律性を統合することにより、動的環境での衝突のないナビゲーションを実現すること。

主な方法:

• 外側ループのハイブリッド共有制御ユニットが、衝突リスクに基づいて制御権限を調整します。
• 内側ループの適応型方向制御装置は、ガウス過程回帰（GPR）および仮想参照フィードバックチューニング（VRFT）を使用します。

主要な成果:

• 人間の被験者による研究では、共有制御戦略が、成功率、完了時間、安定性、および安全性において、手動モードおよび自律モードを大幅に上回ることが示されました（p < 0.001）。
• 複雑な胃モデルにおけるナビゲーションの成功は、非構造環境での実用的な適用可能性を示しました。

結論:

• 提案された人間と機械の共有制御方法は、磁性マイクロロボットのナビゲーションのための堅牢で適応性のあるソリューションを提供します。
• このアプローチは、マイクロロボットのパフォーマンスと安全性を向上させ、高度な治療およびマイクロ操作アプリケーションへの道を開きます。