Onderzoekers hebben een geavanceerd systeem ontwikkeld voor het op afstand laten zweven en besturen van objecten via elektromagnetische navigatie. De nieuwe aanpak maakt gebruik van vereenvoudigde modellen, wat de weg vrijmaakt voor nauwkeuriger minimaal invasieve medische procedures.
In een recent gepubliceerd onderzoek, dat is verschenen in de IEEE Robotics and Automation Letters en is gearchiveerd op arxiv.org, presenteren wetenschappers een nieuwe methode voor remote magnetische levitatie. Het team, bestaande uit onder meer Neelaksh Singh, Jasan Zughaibi en Michael Muehlebach, richt zich op het verbeteren van elektromagnetische navigatiesystemen (eMNS). Deze systemen worden steeds vaker ingezet voor complexe medische handelingen, zoals gerichte medicijnafgifte en endovasculaire interventies, waarbij precisie en snelheid van de magnetische velden cruciaal zijn.
Efficiëntere besturing via parametrische modellen
Een van de belangrijkste innovaties in dit onderzoek is de introductie van een compact parametrisch analytisch model. Traditioneel vereisen dergelijke systemen vaak rekenintensieve simulaties of uitgebreide opzoektabellen om de relatie tussen de stroom in de spoelen en de resulterende krachten en koppels op een object te bepalen. Volgens de publicatie op elimineert het nieuwe model deze noodzaak.
Hierdoor ontstaat een besturingskader dat onafhankelijk is van zowel het platform als de specifieke levitator. Dit betekent dat de methode breed toepasbaar is op verschillende hardware-configuraties zonder dat er telkens nieuwe, zware berekeningen uitgevoerd moeten worden.
Stabilisatie en bewegingscontrole
Het onderzoek beschrijft een specifieke aanpak voor het stabiliseren van de bewegingen van de zwevende objecten. Voor de translationele beweging (het verplaatsen van het object in de ruimte) maken de onderzoekers gebruik van lineaire kwadratische regulatoren.
Een grotere uitdaging vormt echter de rotatie. Omdat rotaties rond de dipoolas inherent onbestuurbaar zijn, hebben de auteurs een niet-lineaire tijd-invariante controller ontwikkeld. Deze controller reguleert de zogenaamde 'reduced attitude', waardoor de volledige controleerbare pose-subruimte van vijf vrijheidsgraden kan worden gestabiliseerd. In experimenten met trajecttracking bleek deze nieuwe controller superieur aan een standaard PID-formulering, waarbij het systeem in staat was om ruimtelijke hoeken tot 65 graden betrouwbaar te volgen, zoals vermeld in de documentatie op .
Testen met OctoMag en custom hardware
Om de theorie in de praktijk te brengen, maakten de onderzoekers gebruik van twee verschillende systemen: de OctoMag en een specifiek ontworpen eMNS met 13 spoelen. Hiermee slaagden zij erin om meerdere starre lichamen over grote luchtspleten te laten zweven en te besturen. Door verschillende objecten en actuatieplatforms te testen, konden de dynamische capaciteiten van het systeem en de beperkingen van het ontwerp nauwkeurig worden geanalyseerd.
De resultaten van dit werk, die ook zijn opgenomen in de IEEE Robotics and Automation Letters, tonen aan dat feedbackcontrole in elektromagnetische navigatie een grote potentie heeft. De onderzoekers concluderen dat deze technologische vooruitgang waarschijnlijk nieuwe medische toepassingen zal ontsluiten, waarbij instrumenten met ongekende precisie door het menselijk lichaam kunnen worden gestuurd.
De definitieve versie van het onderzoek (v3) werd op 22 september 2026 bijgewerkt op het platform , waarmee de laatste verfijningen in het model en de experimentele data zijn vastgelegd.