Аннотация результатов, полученных в 2024 году
Магнитоактивные роботы с бесконтактным внешним управлением являются перспективным направлением развития методов щадящей микрохирургии, биопсии, адресной доставки лекарственных средств. Важнейшим вопросом при создании безопасных и высокоточных магнитоуправляемых микророботов является организация бесконтактной системы управления, что в свою очередь требует как создания научно-обоснованного математического базиса, так и верификации результатов моделирования в ходе натурных экспериментов. В рамках проекта разрабатывается математическая модель магнитоуправляемого движения объектов в различных условиях, учитывающая эффекты трения и вязкого сопротивления со стороны среды. Математическое моделирование призвано установить основные закономерности в движении магнитоактивных объектов; так, за первый год был исследован колебательный характер движения шарика под действием смещающегося магнита, обусловленный сухим трением и особенностями формирования пондеромоторной магнитной силы. В рамках проекта был разработан экспериментальный стенд и набор оснастки для проведения исследований. Предложены конструкция системы позиционирования постоянного магнита, обеспечивающей изменение магнитного поля в окрестности микроробота, структура измерительной системы и программно-аппаратная реализация модуля управления лабораторного стенда. В ходе работы были получены результаты установочных экспериментов по определению индуктивности магнитного поля в окрестностях магнита, величины пондеромоторной силы, а также результаты исследования движения магнитоактивных объектов в различных условиях. Полученные результаты говорят о применимости предлагаемых методик магнитного способа управления микрообъектами внутри ограниченного пространства за счет перемещаемого внешнего магнита. Установлено, что точность позиционирования магнитоактивного микрообъекта определяется в основном условиями среды: свойствами поверхности и вязкостью жидкости, поэтому при формировании стратегии управления важнейшую роль играет адаптация под внешние условия. Проект позволил создать междисциплинарный коллектив, обладающий широким диапазоном компетенций в области робототехники и экспериментальной физики, готовый разрабатывать и внедрять современные технологии на базе магнитоактивных веществ, в том числе в сфере биомедицины. Результаты исследований получили апробацию на международных конференциях и публикуются в ведущих журналах, повышая престиж российской науки и привлекая в ее ряды новых молодых участников. Видеоролик с демонстрацией экспериментального оборудования можно найти по ссылке: https://swsu.ru/science/robotics/ispytatelnye-i-issledovatelskie-stendy.php

Аннотация результатов, полученных в 2025 году
Разработка магнитоуправляемых микророботов для щадящей микрохирургии, адресной доставки лекарств и внутрисосудистой диагностики остается одним из наиболее динамичных направлений современной биомедицинской инженерии. Ключевым вызовом при создании таких систем является организация высокоточного и безопасного бесконтактного управления, что требует не только углубленного теоретического моделирования, но и всесторонней экспериментальной верификации. По итогам второго этапа проекта, опирающегося на созданный ранее научный и инструментальный задел, достигнут значительный прогресс в решении этой задачи. Основное внимание было сосредоточено на преодолении фундаментального ограничения – неразделимости движущей и прижимной силы при использовании градиента магнитного поля. В результате была разработана и реализована новая концепция управления, основанная на пространственной ориентации (вращении) постоянного магнита. Этот подход позволил впервые осуществить раздельное регулирование горизонтальной (продольной) и вертикальной (нормальной) компонент магнитной силы, что является критически важным для работы с перспективными магнитоактивными деформируемыми объектами из биосовместимых силиконовых композитов. Для реализации данной концепции была проведена глубокая модернизация уникального экспериментального стенда. Разработана и изготовлена новая трехприводная электромеханическая система, обеспечивающая прецизионное перемещение и вращение магнита. Создан комплект модельных каналов сложной геометрии, в том числе с упругими стенками, имитирующими биологические ткани. Проведена масштабная серия натурных экспериментов, в ходе которых были установлены и количественно описаны закономерности движения как жестких, так и деформируемых объектов под действием ориентируемого магнитного поля. Параллельно была существенно усовершенствована математическая модель, которая теперь учитывает эффекты взаимодействия деформируемого магнитоактивного объекта с упругими стенками канала, гидродинамическое сопротивление жидкости в просвете канала, а также ряд других сил характерных для медицинской области применения. Результаты численного моделирования и экспериментов легли в основу комплексных алгоритмов адаптивного управления, предусматривающих переключение между режимами «щадящего качения» для доставки и «контролируемого скольжения» для локального воздействия. Для объективной оценки эффективности системы предложен комплексный критерий качества, учитывающий одновременно точность позиционирования и безопасность воздействия на стенки канала. Разработанные методические рекомендации и программно-аппаратный комплекс формируют основу для проектирования перспективных медицинских систем. Работа междисциплинарного коллектива, объединяющего специалистов в области робототехники, физики и математического моделирования, позволила не только достичь поставленных научных целей, но и создать универсальную исследовательскую платформу. Результаты этапа были представлены на ведущих российских и международных конференциях и опубликованы в рецензируемых научных журналах, внося весомый вклад в развитие данного перспективного направления и укрепляя позиции отечественной науки на мировой арене. Видеоролик с демонстрацией экспериментального оборудования можно найти по ссылке: https://swsu.ru/science/robotics/ispytatelnye-i-issledovatelskie-stendy.php