应用案例

【概述】

某研究团队使用ATA-6223功率放大器，搭建实验系统。

实验名称：磁场激励下对狭窄非结构化液体环境的卓越环境适应性和出色的3D可控性验证

研究方向：在临床实践中，天然孔口通常为医疗器械提供对各种靶组织的侵入性通路。这些体腔/腔（例如泌尿和消化系统）通常充满液体，并促进物质在体内或体内与体外之间的运输。与传统的开放或介入手术相比，生物相容性磁驱动微型软体机器人可以运输各种治疗药物，并以非侵入性方式安全地穿越自然孔口，以执行医疗任务，例如靶向药物输送和组织诊断。然而，在如此狭窄、充满液体的环境中安全、可靠和高效地执行医疗任务对机器人的运动性能提出了严格的要求。

实验目的：通过精确控制磁场的强度和方向，是否可以实现对液体在三维空间中的精确控制，为后续实验做论证和铺垫。

测试设备：ATA-6223功率放大器、CCD、数据采集卡、PC、磁力计、磁性产生装置、微型注射泵

实验过程：为了模仿鱼类的运动学特征，milliswimmer被驱动在水中产生强大的网推力，使其能够在重力和外部阻力下在三个维度上自由游动。主要是因为它的工作空间更大，适合离体实验和其他需要这种容量的实验。然而，较大工作空间系统的高电感需要使用谐振电路来产生足够的高频驱动电流。用磁力计（CH-3600）校准系统产生的静态和动态磁场。该系统主要由一个磁性产生装置、三个功率放大器（ATA-6223）、一个数据采集卡、一台PC、三个电荷耦合器件，（CCD）摄像头和三个镜头组成。磁系统可以在空间中产生任何方向的磁场。为了监测毫秒游泳者游泳时产生的流场，采用了PIV技术。中性浮力聚酰胺种子粒子均匀分散在实验水环境中，用532nm激光照射。使用高速CCD摄像机从侧面或顶部记录粒子的运动，并使用openpiv157对粒子图像进行分析。使用微型注射泵向弯曲的玻璃管提供流体输入，通过控制喷射泵的水平推进速度，可以调节弯曲玻璃管入口处的平均流体速度。

图1-1微粒子在离体猪泌尿系统器官中的潜在应用实验框图

实验结果：说明了在恒定的磁场大小和驱动频率下，毫游泳运动员如何使用由操纵杆控制的不同游泳动作成功导航障碍物并遵循预定义的轨迹，包括“M”、“S”和“R”形状（MSR）。最初，milliswimter采用模式1游泳，沿着“M”形的轨迹前进（图1-2b）。当接近水平窄间隙障碍物1（长度2×宽度0.3mm，如图1-2c的插图所示）时，milliswimter通过调整滚动角度θ从模式1过渡到模式2辊到90，成功穿过狭窄的水平间隙。随后，游泳者在这种模式下继续沿着S形轨迹游泳（图1-2c）。当接近倾斜的45°窄间隙障碍物2（长度2×宽度0.3mm，如图1-2d插图所示）时，毫游泳者调整θ辊到45，成功穿越狭窄的间隙障碍物2。在此之后，通过以滚动频率f旋转milliswimmer辊1Hz，它采用模式3并沿R形轨迹向前移动（图1-2d）。最后，这位毫不费力的游泳运动员从模式3过渡到模式1，毫不费力地避开圆形障碍物并在水中航行。在整个过程中，毫游泳者的平均手动操作误差为0.45毫米（0.12BL）。

图1-2milliswimr的可控性和环境适应性。a）毫游泳者平稳地遵循预定轨迹（MSR）并调整其游泳模式以穿过狭窄间隙的示意图。b）“M”形的轨迹。c）障碍物1，其特征是水平狭窄的间隙（长2毫米，宽0.3毫米，见插图）和S形轨迹。d）障碍物2，一个45°角的倾斜狭窄间隙（长2毫米，宽0.3毫米，如图所示）和一个R形轨迹。e）在基于视觉的自动控制下，milliswimter使用三个游泳动作来跟踪鱼形和MSR轨迹。该图显示了跟踪的统计误差分布。f）在基于视觉的自动控制下，毫游泳运动员可以停留在空间中的指定点并悬停在指定的水平面上，在三个游泳泳姿中的每一次中表现出不同程度的误差。误差线表示标准差N=3。g）在基于视觉的自动控制下，milliswimter使用三个游泳动作来跟踪螺旋轨迹的统计误差分布。h）通过在三个游泳泳姿之间切换，milliswimter在复杂的3D网络结构（珊瑚状）周围自由游泳的行为。i）milliswimper在3D网络中游泳的示意图。ii）毫游泳者在3D结构中连续游泳的视频快照。比例尺，2毫米。

安泰放大器在此应用中的产品优势：

一、高频率大电流输出能力——驱动大工作空间磁系统产生高频驱动电流

二、宽频带与平坦响应——精准匹配多种游泳模式切换频率，保障3D轨迹跟踪精度

三、低失真与高输出稳定性——保障实验的激励一致性

本文实验素材由西安安泰电子整理发布。Aigtek已经成为在业界拥有广泛产品线，且具有相当规模的仪器设备供应商，样机都支持免费试用。西安安泰电子是专业从事功率放大器、高压放大器、功率信号源、前置微小信号放大器、高精度电压源、高精度电流源等电子测试仪器研发、生产和销售的高科技企业。如想了解更多功率放大器等产品，请持续关注安泰电子官网www.aigtek.com或拨打029-88865020。

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