A Survey on Swarm Microrobotics

群体行为 群机器人 人工智能 机器人学 计算机科学 机器人 工程类 控制工程
作者
Lidong Yang,Jiangfan Yu,Shihao Yang,Ben Wang,Bradley J. Nelson,Li Zhang
出处
期刊:IEEE Transactions on Robotics [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:38 (3): 1531-1551 被引量:110
标识
DOI:10.1109/tro.2021.3111788
摘要

The small size and wireless actuation of microrobots make them potential candidates for minimally invasive medicine. To advance microrobots to future clinical application, microrobotics researchers have investigated a number of key issues, in which swarm control is a primary challenge and is attracting increasing attention. As a single microrobot has limited volume and surface area, clinically relevant tasks, including in-vivo tracking, usually require simultaneous control of a large swarm of microrobots. Unlike macroscale robots, implementing on-board actuators and sensors for microrobots is challenging, which differentiates swarm microrobotics from other swarm robotics approaches. This article systematically summarizes the state of the art for this emerging field, including actuation systems with different power sources, swarm behaviors modeling and simulation, swarm control strategies, and targeted biomedical applications. Actuation principles of microrobot swarms are categorized in detail, and critical comparisons are made to provide guidance and insight for future swarm microrobotics researchers. Considering the unique features of swarm microrobotics compared to traditional swarm robotics, this article also emphasizes the modeling, simulation, and control of microrobot swarms. Furthermore, recent biomedical applications of microrobot swarms are summarized to illustrate specific application scenarios. Finally, we provide an assessment of the future directions of swarm microrobotics.
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