本發(fā)明涉及一種微型機器人的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，其旨在在粘性環(huán)境中、特別是在人體內(nèi)進行循環(huán)。
背景技術(shù)：
1、能夠無損傷地到達深部的功能結(jié)構(gòu)是微創(chuàng)手術(shù)(尤其是神經(jīng)外科手術(shù))的一大挑戰(zhàn)。得益于微技術(shù)，將完全自主的微型機器人送入受試者的器官(例如大腦)內(nèi)成為可能。然而，在低雷諾數(shù)(reynolds?number)的環(huán)境中(例如在大腦中)推進微型機器人是一項挑戰(zhàn)，因為微型機器人體積小，缺少慣性，并且存在相對大的阻力。另一個重要要求是，微型機器人應(yīng)該能夠在器官內(nèi)移動，同時盡可能限制其通過時對器官造成的生理損傷。
2、在該背景下，本發(fā)明旨在提出一種微型機器人，該微型機器人在低雷諾數(shù)的粘性環(huán)境中具有高效的推進機制，同時盡可能地保持其所處環(huán)境的完整性。
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、因此，本發(fā)明涉及一種微型機器人，其被配置為通過振動沿推進方向移動，所述微型機器人包括被配置為振動的主體，以及被配置為產(chǎn)生使微型機器人移動的振動的致動器，所述微型機器人還包括轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，所述轉(zhuǎn)向系統(tǒng)包括被配置為固定到微型機器人上的共振結(jié)構(gòu)，所述共振結(jié)構(gòu)包括：
2、-轉(zhuǎn)向結(jié)構(gòu)，其旨在控制推進方向，
3、-分布的重量共振器，每個重量共振器被配置為由適當(dāng)?shù)募せ罟舱耦l率激活，重量共振器的各個適當(dāng)?shù)募せ罟舱耦l率彼此不同，
4、其中，致動器被配置為在包括每個重量共振器的適當(dāng)?shù)募せ罟舱耦l率的頻率范圍內(nèi)產(chǎn)生振動，
5、其中，共振結(jié)構(gòu)具有至少兩種狀態(tài)：
6、-至少一個激活轉(zhuǎn)向狀態(tài)，在該狀態(tài)下，重量共振器中的至少一個在適當(dāng)?shù)募せ罟舱耦l率下被激活，以改變微型機器人的推進方向，
7、-非激活轉(zhuǎn)向狀態(tài)，在該狀態(tài)下，沒有重量共振器在其適當(dāng)?shù)募せ罟舱耦l率下被激活，從而保持微型機器人的推進方向。
8、因此，本方案實現(xiàn)了上述目標。具體而言，它能夠僅基于微型機器人自身(更確切地說是微型機器人的微型電機)產(chǎn)生的運動(能量)來實現(xiàn)微型機器人的旋轉(zhuǎn)，從而避免了添加額外的能量，額外的能量可能會導(dǎo)致在患者體內(nèi)添加其他元件或設(shè)備，或?qū)㈩~外能量傳輸?shù)轿⑿蜋C器人，而所有這些都可能導(dǎo)致增加損壞微型機器人運動的環(huán)境的風(fēng)險。
9、根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備可以包括以下特征中的一個或更多個，這些特征可以單獨地或者組合地考慮：
10、-共振結(jié)構(gòu)可以具有幾個激活轉(zhuǎn)向狀態(tài)，每個激活轉(zhuǎn)向狀態(tài)與不同的適當(dāng)?shù)募せ罟舱耦l率相關(guān)聯(lián)，
11、o至少一個激活轉(zhuǎn)向狀態(tài)是指在該狀態(tài)下，共振結(jié)構(gòu)的配置和運動旨在改變微型機器人的推進方向，
12、o非激活轉(zhuǎn)向狀態(tài)是指在該狀態(tài)下，共振結(jié)構(gòu)的配置和運動旨在保持微型機器人的推進方向，
13、-共振結(jié)構(gòu)還可以包括分布的多穩(wěn)態(tài)元件，每個多穩(wěn)態(tài)元件可在至少兩種穩(wěn)定配置之間變形：
14、-當(dāng)共振結(jié)構(gòu)處于其激活轉(zhuǎn)向狀態(tài)時的至少第一穩(wěn)定配置，
15、-當(dāng)共振結(jié)構(gòu)處于其非激活轉(zhuǎn)向狀態(tài)時的至少第二穩(wěn)定配置，
16、-多穩(wěn)態(tài)元件可以是具有第一穩(wěn)定配置和第二穩(wěn)定配置的雙穩(wěn)態(tài)預(yù)壓縮梁，預(yù)壓縮梁在第一穩(wěn)定配置下沿第一方向朝向微型機器人的主體彎曲，在第二穩(wěn)定配置下沿第二方向遠離微型機器人的主體彎曲，
17、-轉(zhuǎn)向結(jié)構(gòu)可以是可收展轉(zhuǎn)向翼片，其具有相對于微型機器人的主體的打開和收回配置，轉(zhuǎn)向翼片的配置由共振結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)向狀態(tài)確定：
18、-共振結(jié)構(gòu)的非激活轉(zhuǎn)向狀態(tài)引發(fā)可收展轉(zhuǎn)向翼片的收回配置，并且
19、-共振結(jié)構(gòu)的激活轉(zhuǎn)向狀態(tài)引發(fā)可收展轉(zhuǎn)向翼片的展開配置，
20、-每個多穩(wěn)態(tài)元件可以為包括幾個片的堆疊的多穩(wěn)態(tài)殼體，
21、-轉(zhuǎn)向系統(tǒng)還可以包括至少一個移動纖毛狀物(mobile?cilium)，所述至少一個纖毛狀物被配置為通過微型機器人主體的振動而運動，
22、-共振結(jié)構(gòu)可以包括包含在主體內(nèi)的推進彈簧的至少一股，
23、-將共振結(jié)構(gòu)激活至其至少一個激活轉(zhuǎn)向狀態(tài)可以引發(fā)推進彈簧的至少一股的收回，
24、-微型機器人的主體可以關(guān)于平行于推進方向的推進軸線呈現(xiàn)整體圓形對稱性，其中，共振結(jié)構(gòu)是所述主體的另一部分，并且其中，將共振結(jié)構(gòu)激活至其激活轉(zhuǎn)向狀態(tài)之一引發(fā)對主體的整體圓形對稱性的破壞，
25、-至少一個纖毛狀物可以是共振結(jié)構(gòu)的一部分，所述至少一個纖毛狀物在非激活轉(zhuǎn)向狀態(tài)下呈現(xiàn)第一運動強度并且在激活轉(zhuǎn)向狀態(tài)下呈現(xiàn)第二運動強度，第二運動強度不同于第一運動強度，
26、-每個纖毛狀物可以包括重量共振器。
1.一種微型機器人(100)，其被配置為通過振動沿推進方向移動，
2.根據(jù)前述權(quán)利要求所述的微型機器人(100)，其中，所述共振結(jié)構(gòu)(16)具有幾個激活轉(zhuǎn)向狀態(tài)(a1、a2)，每個激活轉(zhuǎn)向狀態(tài)(a1、a2)與不同的適當(dāng)?shù)募せ罟舱耦l率(fa1、fa2)相關(guān)聯(lián)。
3.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的微型機器人(100)，其中：
4.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的微型機器人(100)，其中，所述共振結(jié)構(gòu)(16)還包括分布的多穩(wěn)態(tài)元件(22)，每個多穩(wěn)態(tài)元件(22)能夠在至少兩個穩(wěn)定配置之間變形：
5.根據(jù)前一項權(quán)利要求所述的微型機器人(100)，其中，每個多穩(wěn)態(tài)元件(22)是具有第一穩(wěn)定配置和第二穩(wěn)定配置(ca、cb)的雙穩(wěn)態(tài)預(yù)壓縮梁(22)，所述預(yù)壓縮梁(22)在所述第一穩(wěn)定配置(ca)下沿第一方向朝向所述微型機器人(100)的所述主體(101)彎曲，并且在所述第二穩(wěn)定配置(cb)下沿第二方向遠離所述微型機器人(100)的所述主體(101)彎曲。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的微型機器人(100)，其中，所述轉(zhuǎn)向結(jié)構(gòu)(18)是可收展的轉(zhuǎn)向翼片(18)，所述可收展的轉(zhuǎn)向翼片具有相對于所述微型機器人(100)的所述主體(101)的展開配置和收回配置，所述轉(zhuǎn)向翼片(18)配置由所述共振結(jié)構(gòu)(16)的轉(zhuǎn)向狀態(tài)(a、a1、a2、b)確定：
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的微型機器人(100)，其中，每個多穩(wěn)態(tài)元件(22)為包括幾個片的堆疊的多穩(wěn)態(tài)殼體(22)。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的微型機器人(100)，其中，所述轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(10)還包括至少一個移動纖毛狀物(24)，所述至少一個纖毛狀物(24)被配置為通過所述微型機器人(100)的所述主體(101)的振動而運動。
9.根據(jù)前一項權(quán)利要求所述的微型機器人(100)，其中，所述共振結(jié)構(gòu)(16)包括包含在所述主體(101)內(nèi)的推進彈簧(14)的至少一股。
10.根據(jù)前一項權(quán)利要求所述的微型機器人(100)，其中，將所述共振結(jié)構(gòu)(16)激活至其至少一個激活轉(zhuǎn)向狀態(tài)(a、a1、a2)引發(fā)所述推進彈簧(14)的至少一股的收回。
11.根據(jù)權(quán)利要求9或10所述的微型機器人(100)，其中，所述微型機器人(10)的所述主體(101)關(guān)于平行于所述推進方向的推進軸線呈現(xiàn)整體圓形對稱性，其中，所述共振結(jié)構(gòu)(16)是所述主體(101)的另一部分，并且其中，將所述共振結(jié)構(gòu)(16)激活至其激活轉(zhuǎn)向狀態(tài)(a、a1、a2)之一引發(fā)對所述主體(101)的整體圓形對稱性的破壞。
12.根據(jù)權(quán)利要求8所述的微型機器人(100)，其中，所述至少一個纖毛狀物(24)是所述共振結(jié)構(gòu)(16)的一部分，所述至少一個纖毛狀物(24)在所述非激活轉(zhuǎn)向狀態(tài)(b)下呈現(xiàn)第一運動強度(ib)并且在所述激活轉(zhuǎn)向狀態(tài)(a、a1、a2)下呈現(xiàn)第二運動強度(ia)，所述第二運動強度(ia)不同于所述第一運動強度(ib)。
13.根據(jù)前一項權(quán)利要求所述的微型機器人(100)，其中，每個纖毛狀物(24)包括重量共振器(20)。