电磁驱动系统旨在实现眼后部微型机器人的灵活 5 自由度磁操纵，从而实现精准的靶向药物输送。研究团队提出了一种新型电磁驱动系统，该系统由八个优化的电磁铁组成，这些电磁铁以最佳配置排列，并采用基于主动抗扰控制器 (ADRC) 和虚拟边界的控制框架。

该团队于 2024 年 3 月 23 日在《Cyborg and Bionic Systems》上发表了他们的研究成果。

眼内显微手术已从传统的手持手术器械过渡到机器人辅助手术，因为机器人辅助手术能够有效减轻术中术者的生理性震颤，实现精确的运动缩放。然而，随着机器人辅助设备越来越接近眼后部，可能会不小心将器械放置得太深，或在术者控制下施加过大的巩膜力，从而损伤视网膜或巩膜，导致出血甚至严重损伤。上述原因导致术中和术后并发症的发生率为 2% 至 30%。

这些5自由度电磁驱动系统与现有的机器人辅助系统相比，具有独特的驱动范式。它通常采用力控制模式而不是位置控制模式，这使微型机器人成为一种更安全的眼后部交互工具。在力控制模式下，电磁驱动系统可以通过限制相互作用力来有效降低造成不可修复的视网膜损伤的风险，即使在患者移动或系统故障的情况下也是如此。然而，在大工作空间内产生高强度的磁场和磁力是一项挑战。因此，为提供高磁场和磁力产生能力的系统配置和电磁铁参数的设计优化应运而生，并引起了广泛的关注。此外，由于电磁线圈建模不准确、液体环境中相互作用力的变化等多种因素会引入干扰，因此也有必要研究合适的控制框架。

针对上述问题，研究人员提出了一种用于眼内显微手术的五自由度磁操纵的新型电磁驱动系统。提出并实施了两步设计优化，以获得最佳的系统配置和电磁铁参数，以提高持续工作能力。通过提出的配置优化程序和电磁铁的多目标优化，该系统可以执行更精确、更稳定的操纵，并获得更强的持续工作能力。此外，该系统采用结合 ADRC 控制器和虚拟边界的控制框架来增强眼内显微手术的鲁棒性和安全性。

通过仿真和分析，评估了所提出的设计优化和控制框架的影响。利用结合了 ADRC 控制器和虚拟边界的控制框架，在不同操作模式下进行了性能评估和轨迹跟踪性能测试，验证了其与 PID 和 TDE 控制器相比的性能和有效性。结果表明，在无扰动性能测试中，最大误差和最大 RMS 误差均显著降低，降低幅度分别从 47.1% 到 65.4% 和 62.7% 到 84.4%。此外，本文进行的性能测试还考虑了其​​他相关工作忽略的扰动。所得结果表明系统在存在扰动时具有显著的鲁棒性，最大误差和 RMS 误差分别低于 172.2 和 35.8 μm。

展望未来，研究人员将采用更精确的磁场-电流模型，进一步提高定位精度，扩大开放空间内的可用工作空间。此外，未来的工作还将探索实现基于光纤布拉格光栅 (FBG) 的电磁铁温度实时检测，旨在加强安全措施。