磁力因?yàn)槠涓叨鹊目煽匦院头墙佑|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(dòng)、磁力吸附等。當(dāng)然，如此強(qiáng)大的磁場(chǎng)在醫(yī)療方面也有著巨大的作用。美國(guó)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(duì)永磁體來(lái)產(chǎn)生磁場(chǎng)，使用者可以在遠(yuǎn)程通過(guò)磁場(chǎng)來(lái)控制介入裝置的工作尖端，從而完成心臟導(dǎo)管的植介入手術(shù)。這套系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)非常明顯，在實(shí)現(xiàn)對(duì)介入裝置更精確控制的同時(shí)，還減少了醫(yī)生、工作人員和患者的X射線(xiàn)暴露時(shí)間。
相比于Stereotaxis公司的大型磁性導(dǎo)航系統(tǒng)，美國(guó)范德堡大學(xué)和猶他大學(xué)聯(lián)合研制了一款了小型化的磁場(chǎng)控制器，這項(xiàng)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(gè)磁場(chǎng)控制器利用單個(gè)永磁體來(lái)實(shí)現(xiàn)緊湊而廉價(jià)的磁場(chǎng)源，進(jìn)而控制微型彈性桿來(lái)實(shí)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(jī)器人的運(yùn)動(dòng)關(guān)聯(lián)到桿尖端的偏轉(zhuǎn)，并且使用分解速率的方法來(lái)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(zhǎng)、不可剪切的一維曲線(xiàn)。
這套系統(tǒng)中所使用的彈性桿是一根長(zhǎng)10cm，直徑0.24mm的玻璃光纖，使用粘合劑將兩個(gè)磁體同軸地安裝到桿的末端。這兩個(gè)磁體是圓柱形的，每個(gè)長(zhǎng)1mm，直徑0.75mm，并沿圓柱軸磁化。外部磁場(chǎng)源為一塊方形釹鐵硼磁鐵，安裝在六自由度機(jī)器人上的。通過(guò)對(duì)機(jī)器人的控制來(lái)實(shí)現(xiàn)磁場(chǎng)源在三維空間內(nèi)的精確運(yùn)動(dòng)，以此來(lái)改變外部磁場(chǎng)的方向和位置，從而完成對(duì)彈性桿的偏轉(zhuǎn)，配合彈性桿底部的推進(jìn)裝置，便可以實(shí)現(xiàn)對(duì)桿末端的控制。
為了驗(yàn)證最終的效果，控制彈性桿的末端來(lái)實(shí)現(xiàn)三維的運(yùn)動(dòng)軌跡，并利用立體相機(jī)拍攝彈性桿末端的空間位置。那么，結(jié)果就是圖片中三個(gè)邊長(zhǎng)為2cm的正方形軌跡，其中測(cè)量的末端點(diǎn)位置顯示為點(diǎn)，計(jì)劃軌跡顯示為旁邊的實(shí)線(xiàn)。同時(shí)還有ZY平面正方形軌跡的40個(gè)采樣位置構(gòu)造的復(fù)合照片。
這套系統(tǒng)，可以通過(guò)機(jī)器人來(lái)操控單個(gè)外部磁體，在沒(méi)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(chǎng)模型和機(jī)器人與推進(jìn)器的運(yùn)動(dòng)學(xué)，提出了一種軌跡規(guī)劃方法。最終實(shí)驗(yàn)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(jī)器人使用方面有著不可估量的作用。