TRANG THÔNG TIN NHỮNG ĐÓNG GÓP MỚI
VỀ MẶT HỌC THUẬT VÀ LÝ LUẬN CỦA LUẬN ÁN
Tên luận án: “Nghiên cứu phát triển thiết bị tự di chuyển dạng viên nang”
Ngành: Kỹ thuật cơ khí Mã số: 9520103
Nghiên cứu sinh: Ngô Quốc Huy
Người hướng dẫn: PGS.TS. Nguyễn Văn Dự
Cơ sở đào tạo: Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp – Đại học Thái Nguyên
Những đóng góp của luận án về khoa học và thực tiễn:
1. Về mặt học thuật và lý luận
- Luận án đã phát triển một mô hình toán phi tuyến mô tả và phản ánh chính xác đặc tính động lực học của cơ hệ viên nang tự di chuyển bằng cơ chế rung – va đập.
- Mô hình toán sau khi được kiểm chứng đã được ứng dụng để phân tích động lực học chuyên sâu, đóng vai trò như một cơ sở tham khảo có giá trị cho các nghiên cứu tiếp theo về tối ưu hóa thiết kế, điều khiển và tích hợp chức năng trong phát triển robot viên nang phục vụ nội soi y học hiện đại.
- Luận án góp phần bổ sung và thu hẹp khoảng trống học thuật trong lĩnh vực thiết kế, hiện thực hóa và phân tích động lực học cho robot viên nang kích thước nhỏ quy mô milimet, hướng tới hoạt động trong môi trường chất lỏng có cản nhớt - một chủ đề còn ít được nghiên cứu trong các công trình trước đây.
- Đề xuất thông số đặc trưng là lượng dịch chuyển sau mỗi chu kỳ kích thích (yP), được xác định từ dữ liệu thực nghiệm để xây dựng đồ thị rẽ nhánh mô tả sự biến thiên của yP theo tần số. Bản đồ tiến trình này trực quan hóa hành vi chuyển động, phản ánh chính xác ứng xử động lực học, đồng thời thay thế hiệu quả phương pháp truyền thống trong điều kiện thực nghiệm có nhiễu và góp phần khắc phục tính phi tuyến của hệ thống.
- Xác định được vùng thông số điều khiển tối ưu (tần số, hệ số chu kỳ) trong vùng tham số khảo sát, để đạt tốc độ dịch chuyển lớn nhất, tạo cơ sở khoa học cho việc thiết kế và điều khiển robot viên nang theo mục tiêu ứng dụng.
2. Về mặt thực tiễn
- Luận án đã chế tạo và kiểm chứng thành công hệ thống dẫn động cho mô hình viên nang chủ động có kích thước nhỏ nhất hiện nay trong lĩnh vực robot viên nang dựa trên cơ chế rung – va đập (Ø11 × 30.6 mm), chứng minh tiềm năng thu nhỏ đáng kể so với các nguyên mẫu trước đây.
- Đề xuất giải pháp tích hợp toàn diện: đóng gói nguồn năng lượng, bộ truyền động và mạch điều khiển trong không gian hạn chế, loại bỏ hoàn toàn dây dẫn vật lý nhờ hai phương án điều khiển không dây (Bluetooth và hồng ngoại).
- Phát triển cơ cấu truyền động mới dạng Moving Magnet Actuator (MMA) kết hợp lò xo từ tính, giúp giảm chiều dài dọc trục tới 34,89% so với phiên bản trước, đồng thời nâng cao hiệu quả dao động và tuổi thọ.
- Xây dựng hệ thống thực nghiệm có khả năng thu thập đủ dữ liệu, tin cậy và linh hoạt, cho phép kiểm chứng toàn diện các mẫu thiết kế, đồng thời khẳng định tiềm năng ứng dụng công nghệ điều khiển không dây trong phát triển robot viên nang nội soi thế hệ mới.
- Kết quả thực nghiệm cho thấy viên nang hoàn chỉnh có thể hoạt động liên tục tới 4,8 giờ với một viên pin dung lượng 35 mAh, mở ra triển vọng tích hợp thêm các mô-đun chức năng như camera, chiếu sáng và cảm biến, góp phần phát triển để hoàn thiện viên nang chủ động, phục vụ công tác chẩn đoán và điều trị trong y học tương lai.
INFORMATION ON NEW ACADEMIC AND THEORETICAL
CONTRIBUTIONS OF THE THESIS
Thesis’s Title: Study on the development of a self-propelled capsule robot
Major: Mechanical Engineering Code: 9520103
PhD Candidate: Ngo Quoc Huy
University: Thai Nguyen University of Technology – Thai Nguyen University
Science Instructor: Assoc. Prof. Dr. Nguyen Van Du
The contributions of thesis on science and practice, including:
1. Scientificall
- The dissertation has developed a nonlinear mathematical model that accurately describes and reflects the dynamic characteristics of a capsule system driven by a vibro-impact mechanism.
- Once validated, the mathematical model was applied to in-depth dynamic analysis, serving as a valuable reference framework for subsequent studies on design optimization, control strategies, and functional integration in the development of capsule robots for modern medical endoscopy.
- The dissertation contributes to narrowing the academic gap in the design, realization, and dynamic analysis of millimeter-scale capsule robots, particularly those intended to operate in viscous fluid environments, a topic that has received limited attention in previous research.
- A characteristic parameter, defined as the displacement per excitation cycle (yP), was proposed and experimentally determined to construct bifurcation diagrams illustrating the variation of yP with excitation frequency. This progression map provides a clear visualization of motion behavior, accurately reflects the nonlinear dynamic response, and effectively substitutes traditional methods under noisy experimental conditions.
- The study identified optimal control parameter regions (frequency and duty ratio) within the surveyed parameter space to achieve maximum displacement velocity, thereby establishing a scientific basis for the design and control of capsule robots toward practical applications.
2. Practically
- The dissertation successfully designed, fabricated, and validated a driving system for the smallest active capsule model to date in the field of vibro-impact capsule robots (Ø11 × 30.6 mm), demonstrating significant miniaturization potential compared to previous prototypes.
- A comprehensive integration solution was proposed, encapsulating the power source, actuator, and control circuitry within a constrained space, while eliminating physical wiring through two wireless control methods (Bluetooth and infrared).
- A novel actuation mechanism, the Moving Magnet Actuator (MMA) combined with magnetic springs, was developed, reducing axial length by up to 34.89% compared to the previous version, while enhancing oscillation efficiency and durability.
- An experimental system was established with reliable and flexible data acquisition capability, enabling comprehensive validation of design prototypes and confirming the potential of wireless control technology in the advancement of next-generation capsule endoscopy robots.
- Experimental results demonstrated that the complete capsule can operate continuously for up to 4.8 hours with a 35 mAh battery, opening prospects for integrating additional functional modules such as cameras, illumination, and sensors, thereby contributing to the development of fully active capsules for diagnostic and therapeutic applications in future medicine.
Nguồn: Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp - Đại học Thái Nguyên.
