論文の概要: Robust Autonomous Control of a Magnetic Millirobot in In Vitro Cardiac Flow
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2604.01523v1
- Date: Thu, 02 Apr 2026 01:48:04 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-04-03 14:21:10.186571
- Title: Robust Autonomous Control of a Magnetic Millirobot in In Vitro Cardiac Flow
- Title（参考訳）: 心内循環における磁気ミロボットのロバスト自律制御
- Authors: Anuruddha Bhattacharjee, Xinhao Chen, Lamar O. Mair, Suraj Raval, Yancy Diaz-Mercado, Axel Krieger,
- Abstract要約: 本研究は、生体内心臓ファントム内の磁気ミロボットの正確な自律ナビゲーションを可能にする視覚誘導制御フレームワークを提案する。
このシステムは、UNetベースのローカライゼーション、A*パスプランニング、および外乱オブザーバ(SMC-DOB)を備えたスライディングモードコントローラを統合する。
静流体中では、SMC-DOBはサブミリ精度(ルート平均二乗誤差、RMSE = 0.49 mm)を達成し、PIDおよびMPCベースラインを上回った。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 4.299277902318345
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Untethered magnetic millirobots offer significant potential for minimally invasive cardiac therapies; however, achieving reliable autonomous control in pulsatile cardiac flow remains challenging. This work presents a vision-guided control framework enabling precise autonomous navigation of a magnetic millirobot in an in vitro heart phantom under physiologically relevant flow conditions. The system integrates UNet-based localization, A* path planning, and a sliding mode controller with a disturbance observer (SMC-DOB) designed for multi-coil electromagnetic actuation. Although drag forces are estimated using steady-state CFD simulations, the controller compensates for transient pulsatile disturbances during closed-loop operation. In static fluid, the SMC-DOB achieved sub-millimeter accuracy (root-mean-square error, RMSE = 0.49 mm), outperforming PID and MPC baselines. Under moderate pulsatile flow (7 cm/s peak, 20 cP), it reduced RMSE by 37% and peak error by 2.4$\times$ compared to PID. It further maintained RMSE below 2 mm (0.27 body lengths) under elevated pulsatile flow (10 cm/s peak, 20 cP) and under low-viscosity conditions (4.3 cP, 7 cm/s peak), where baseline controllers exhibited unstable or failed tracking. These results demonstrate robust closed-loop magnetic control under time-varying cardiac flow disturbances and support the feasibility of autonomous millirobot navigation for targeted drug delivery.
- Abstract（参考訳）: 磁気ミロボットは、最小侵襲の心臓治療に有意な可能性を秘めているが、脈動性心血流における信頼性の高い自律制御を実現することは依然として困難である。
本研究は、生理学的に関連する流れ条件下で、生体内心臓ファントム内の磁気ミロボットの正確な自律ナビゲーションを可能にする視覚誘導制御フレームワークを提案する。
このシステムは、UNetベースのローカライゼーション、A*パス計画、およびマルチコイル電磁アクチュエータ用に設計された外乱オブザーバ(SMC-DOB)を備えたスライディングモードコントローラを統合する。
定常CFDシミュレーションを用いて抵抗力を推定するが, 閉ループ運転時の過渡的脈動障害を補償する。
静流体中では、SMC-DOBはサブミリ精度(ルート平均二乗誤差、RMSE = 0.49 mm)を達成し、PIDおよびMPCベースラインを上回った。
適度な脈動流(ピーク7cm/s,20cP)ではRMSEは37%,ピークエラーはPIDに比べて2.4$\times$であった。
さらにRMSEは2 mm (0.27体長)未満の高推力流(10 cm/sピーク、20 cP)と低視認性条件(4.3 cP、7 cm/sピーク)で維持され、ベースラインコントローラは不安定または追跡に失敗した。
これらの結果から, 経時的心血流障害下での堅牢な閉ループ磁気制御が示され, 目標とする薬物の輸送に自律型ミロボットナビゲーションが有効である可能性が示唆された。
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