磁力因為其高度的可控性和非接觸式的特性,，在不同的領(lǐng)域中大有所為,，諸如：磁懸浮、磁力傳動,、磁力吸附等,。當然，如此強大的磁場在醫(yī)療方面也有著巨大的作用,。美國Stereotaxis公司的Niobe ES系統(tǒng)在心臟介入和心血管疾病方面處于世界領(lǐng)先地位,，這套系統(tǒng)用一對永磁體來產(chǎn)生磁場，使用者可以在遠程通過磁場來控制介入裝置的工作尖端,，從而完成心臟導管的植介入手術(shù),。這套系統(tǒng)的優(yōu)勢非常明顯，在實現(xiàn)對介入裝置更精確控制的同時,，還減少了醫(yī)生,、工作人員和患者的X射線暴露時間。
相比于Stereotaxis公司的大型磁性導航系統(tǒng),，美國范德堡大學和猶他大學聯(lián)合研制了一款了小型化的磁場控制器,，這項研究于2017年二月發(fā)表在IEEE Transactions on Robotics上，作者為 Krachman,，Bruns,， Abbott等人。
這個磁場控制器利用單個永磁體來實現(xiàn)緊湊而廉價的磁場源，進而控制微型彈性桿來實現(xiàn)小范圍內(nèi)的靈巧操控,。這套系統(tǒng)的控制方法是使用基爾霍夫模型將桿與機器人的運動關(guān)聯(lián)到桿尖端的偏轉(zhuǎn),，并且使用分解速率的方法來反轉(zhuǎn)該模型以跟蹤軌跡。在這里,，基爾霍夫模型將桿表示為可以彎曲和扭轉(zhuǎn),，但是不能伸長、不可剪切的一維曲線,。
這套系統(tǒng)中所使用的彈性桿是一根長10cm,，直徑0.24mm的玻璃光纖，使用粘合劑將兩個磁體同軸地安裝到桿的末端,。這兩個磁體是圓柱形的,，每個長1mm，直徑0.75mm,，并沿圓柱軸磁化,。外部磁場源為一塊方形釹鐵硼磁鐵，安裝在六自由度機器人上的,。通過對機器人的控制來實現(xiàn)磁場源在三維空間內(nèi)的精確運動,，以此來改變外部磁場的方向和位置，從而完成對彈性桿的偏轉(zhuǎn),，配合彈性桿底部的推進裝置,，便可以實現(xiàn)對桿末端的控制。
為了驗證最終的效果,，控制彈性桿的末端來實現(xiàn)三維的運動軌跡,，并利用立體相機拍攝彈性桿末端的空間位置。那么,，結(jié)果就是圖片中三個邊長為2cm的正方形軌跡,，其中測量的末端點位置顯示為點，計劃軌跡顯示為旁邊的實線,。同時還有ZY平面正方形軌跡的40個采樣位置構(gòu)造的復(fù)合照片,。
這套系統(tǒng)，可以通過機器人來操控單個外部磁體,，在沒有反饋的情況下獲得彈性桿末端的復(fù)雜3D軌跡,。結(jié)合基爾霍夫桿模型、磁場模型和機器人與推進器的運動學,，提出了一種軌跡規(guī)劃方法,。最終實驗證明三維軌跡可以被精確地執(zhí)行。
磁力作為一種神秘的“宇宙之力”,，它在醫(yī)療領(lǐng)域的微型機器人使用方面有著不可估量的作用,。