KR101749586B1 - 무선전력전송이 가능한 카테터 기반의 자기 구동 마이크로 로봇 및 이의 제어 방법 - Google Patents

무선전력전송이 가능한 카테터 기반의 자기 구동 마이크로 로봇 및 이의 제어 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 무선전력전송이 가능한 카테터 기반의 자기 구동 마이크로 로봇으로 인체 삽입시 카테터와 마이크로 로봇이 결합되어 삽입되고 이후 카테터의 이동이 어려운 부분은 카테터에서 마이크로 로봇이 분리되어 이동이 가능한 카테터와 마이크로 로봇이며, 마이크로 로봇과 카테터 사이에 무선전력전송 기술을 이용하여 치료와 진단을 위한 다양한 작업의 수행하는 기능을 수행하는 무선전력전송이 가능한 카테터 기반의 자기 구동 마이크로 로봇이다.

Description

무선전력전송이 가능한 카테터 기반의 자기 구동 마이크로 로봇 및 이의 제어 방법{Magnetically actuated micro robot based catheter with wireless power transform and it's control method}
본 발명은 무선전력전송이 가능한 카테터 기반의 자기 구동 마이크로봇으로 인체 삽입시 카테터와 마이크로 로봇이 결합되어 삽입되고 이후 카테터의 이동이 어려운 부분은 카테터에서 마이크로 로봇이 분리되어 이동이 가능한 카테터와 마이크로 로봇이며, 마이크로 로봇과 카테터 사이에 무선전력전송 기술을 이용하여 치료와 진단을 위한 다양한 작업의 수행하는 기능을 수행하는 무선전력전송이 가능한 카테터 기반의 자기 구동 마이크로 로봇이다.
최근 의료분야에 마이크로 로봇을 이용하는 연구 및 시술이 증가하고 있는 상황이다. 이러한 마이크로 로봇은 혈관 또는 소화기관에 삽입되어 내부를 촬영하거나 약물전달, 치료 등의 기능을 수행하였다. 특히 마이크로 로봇은 최소침습시술에 이용되는 경우가 많다. 최소침습시술은 절개 부위를 최소화하여 환자의 고통을 줄일 수 있고, 시술 이후의 회복기간도 짧게 할 수 있는 수술방법으로 환자들에게 큰 환영을 받아 다양한 분야에서 시행되고 있다. 특히 마이크로 로봇은 인체내부에서 보다 효과적인 최소침습시술을 수행할 수 있어 많은 관심을 받고 있다.
이러한 의료분야 마이크로 로봇의 다양한 연구 중 외부 자기장을 이용해 마이크로 로봇을 추진하거나 치료를 위한 구동을 하는 연구가 많이 진행되고 있다. 즉, 외부의 자기장을 유도하는 기기를 배치하여 인체 내부로 삽입된 마이크로 로봇에 자기장을 통하여 마이크로 로봇의 위치를 제어하는 방식에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있다.
이러한 연구를 통하여 도출된 결과들이 최근 공개된 한국등록특허 제10-1009053호 및 한국등록특허 제10-0999657호를 통하여, 혈관 내에 존재하는 이물질을 제거하는 마이크로 로봇을 개시하고 있다.
그러나 이러한 대다수의 연구가 2차원 평면상에서 이루어지거나, 3차원공간을 단순히 이동할 수 있는 연구가 주로 진행되었다. 따라서, 인체 외부에서 인체 내부에 위치하는 마이크로 로봇에 전력을 공급할 때, 인체 내부에 자기장을 유도하기 위해서 구성되는 코일의 수가 많아 전력 소모가 크고, 코일시스템의 규모가 커져 공간활용률이 낮다는 단점을 가지고 있었다. 또한, 코일시스템의 구조가 복잡하여 시술을 위한 공간 확보가 어려워 환자에게 직접 적용하기 어려운 작업영역의 구조를 가지고 있는 문제가 있었다.
따라서, 이러한 문제를 해결하기 위한 대안으로 현재 마이크로 로봇은 외부 자기장을 통해 위치를 제어하는 방법이 연구되고 있다. 하지만 치료나 진단을 위해서는 추가적인 기능이 필요하지만 다양한 기능을 위해서는 전력이 필요하고 자기장을 통해 위치를 제어하는 방법으로 전력 또한 제공하기는 현실적으로 매우 어려웠다. 본 발명은 다양한 기능을 위한 전력을 무선전력전송 기술을 이용하여 해결하고자 한다.
한국등록특허 제10-1009053호 (2008.08.29) 한국등록특허 제10-0999657호 (2008.08.04)
따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 기존의 무선전력전송 기술을 이용한 마이크로 로봇의 경우 외부에서 발생시킨 자기장이 마이크로 로봇과의 거리가 멀어서 발생되는 손실을 해결하기 위해 카테터와 마이크로 로봇이 결합되어 인체에 삽입되며 카테터의 진입이 불가능할 경우 마이크로 로봇이 카테터에서 분리되어 무선으로 전력을 전송받으며 작업을 수행할 수 있는 무선전력전송이 가능한 카테터 기반의 자기 구동 마이크로 로봇 및 이의 제어 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 실시예들의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 무선전력전송이 가능한 카테터 기반의 자기 구동 마이크로 로봇은,
몸체부(110), 상기 몸체부(110)에 구비되어 무선으로 전력을 전달할 수 있는 전력전달부(120), 상기 몸체부(110) 일측말단에 마이크로 로봇과 결합하기 위한 결합홈이 형성되는 마이크로 로봇 결합부(130)로 구성되는 카테터(100)와 마이크로 로봇의 이동력을 제공하는 마이크로 로봇 이동부(210), 상기 전력전달부(120)를 통하여 무선으로 전력을 공급받는 전력제공부(220), 상기 전력제공부(220)에서 전력을 공급받아 혈관 내 특정 작업을 수행하는 작업수단이 구비된 마이크로 로봇 작업부(230)로 구성되는 마이크로 로봇(200)포함하여 이루어질 수 있다.
이때, 상기 전력전달부(120)는 외부의 전력을 송신 가능하도록 변환하는 전력송신수단(121), 상기 전력송신수단(121)에서 송신 가능하도록 변환된 전력을 송출하는 전력송출수단(122)으로 구성될 수 있으며, 상기 전력송출수단(122)은 헬리컬 코일(helical coil) 또는 평면코일(planar coil)로 형성될 수 있고, 상기 전력송신수단(121)은 전압 증폭수단(121a) 및 송출 임피던스 정합수단(121b)을 더 포함하여 형성될 수 있다.
더불어, 상기 전력제공부(220)는 상기 전력전달부(120)에서 송신한 전력을 수신하는 전력수신수단(221), 상기 전력수신수단(221)에서 수신된 전력을 사용 가능하도록 변환하는 전력변환수단(222)포함하여 형성될 수 있으며, 이때 상기 전력수신수단(221)은 헬리컬 코일(helical coil) 또는 평면코일(planar coil)로 형성될 수 있고, 상기 전력변환수단(222)은 수신 임피던스 정합수단(222a)을 더 포함하여 형성될 수 있다.
또, 상기 전력전달부(120) 및 상기 전력제공부(220)는 데이터의 송수신을 위한 전력전달부 통신수단(123) 및 전력제공부 통신수단(223)을 더 포함하여 형성될 수 있으며, 상기 전력제공부 통신수단(223)은 상기 전력전달부 통신수단(123)과의 통신을 위한 내부통신모듈(223a)과 외부로 데이터를 직접 전송하기 위한 외부통신모듈(223b)을 포함하여 형성될 수 있다.
더불어, 상기 카테터(100)는 상기 마이크로 로봇 결합부(130)에 상기 마이크로 로봇의 위치를 확인하기 위한 위치확인수단(131)이 더 포함될 수 있으며, 이때 상기 위치확인수단(131)은 초음파 센서로 형성될 수 있다.
또한, 상기 이동부(210)는 상기 마이크로 로봇(200) 일측단부에 나선형의 돌기 형태로 형성될 수 있다.
더불어, 본 발명의 무선전력전송이 가능한 카테터 기반의 자기 구동 마이크로 로봇의 제어 방법은, 카테터(100)와 마이크로 로봇(200)이 결합된 상태로 인체에 삽입하여 카테터(100)의 이동한계위치까지 이동하는 마이크로 로봇 삽입단계(S01), 이동한계위치까지 이동한 카테터(100)에서 마이크로 로봇(200)이 분리되는 마이크로 로봇 분리단계(S02), 분리된 마이크로 로봇(200)이 작업부(230)에 구비된 작업수단을 통하여 작업을 수행하는 마이크로 로봇 작업단계(S03), 작업을 완료한 마이크로 로봇(200)이 카테터(100)의 결합부(130)에 재결합하는 마이크로 로봇 재결합단계(S04), 상기 마이크로 로봇 재결합단계(S04)를 통하여 마이크로 로봇(200)과 재결합된 카테터(100)를 회수하는 마이크로 로봇 회수단계(S05)를 포함할 수 있다.
이때, 상기 마이크로 로봇 재결합단계(S04)는 위치확인수단(131)을 통하여 마이크로 로봇(200)의 위치를 확인하는 위치확인단계(S04a), 상기 위치확인단계(S04a)에서 확인된 위치정보를 통하여 카테터(100)와 마이크로 로봇(200)을 정렬하는 위치정렬단계(S04b), 마이크로 로봇(200)의 이동하여 카테터(100)의 결합부(130)와 결합하는 결합완료단계(S04c)를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 무선전력전송이 가능한 카테터 기반의 자기 구동 마이크로 로봇에 의하면, 종래의 인체에 삽입되는 마이크로 로봇의 경우 무선으로 전력을 전송하기 위하여 외부에서 자기장을 유도했을 때 마이크로 로봇과 자기장 유도를 위한 코일의 거리가 멀어서 발생되는 손실을 인체 내부에서 함께 삽입되는 카테터에서 전송하므로 보다 효율적인 전력공급이 가능하다.
또한, 마이크로 로봇이 작업부를 통하여 획득한 데이터를 외부로 송신할 때, 마이크로 로봇에 구비되는 외부통신수단 뿐만 아니라, 카테터와 마이크로 로봇에 각각 구비되는 전력전달부 통신수단 및 전력제공부 통신수단을 통하여 송신할 수 있어 보다 효율적인 데이터 송신이 가능하다.
더불어, 카테터에 마이크로 로봇의 위치를 확인하기 위한 위치확인수단이 구비되어 카테터와 마이크로 로봇의 정렬이 틀어졌을 경우 마이크로 로봇의 위치를 확인하여 카테터의 결합부의 위치를 조정하여 다시 정렬을 맞추어 지속적으로 전력을 공급할 수 있다.
도 1은 본 발명의 무선전력전송이 가능한 카테터 기반의 자기 구동 마이크로 로봇 결합 실시예.
도 2는 본 발명의 무선전력전송이 가능한 카테터 기반의 자기 구동 마이크로 로봇 분리 실시예.
도 3은 본 발명의 카테터 실시예.
도 4는 본 발명의 마이크로 로봇 실시예.
도 5는 본 발명의 마이크로 로봇 내부 구성 실시예.
도 6은 본 발명의 전력전달부 실시예.
도 7은 본 발명의 전력송신수단 실시예.
도 8은 본 발명의 마이크로 로봇 결합부 실시예.
도 9는 본 발명의 마이크로 로봇 제어 방법 실시예.
도 10은 본 발명의 마이크로 로봇 재결합단계 실시예.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정하여 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 또한, 사용되는 기술 용어 및 과학 용어에 있어서 다른 정의가 없다면, 이 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 가지며, 하기의 설명 및 첨부 도면에서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 설명은 생략한다. 다음에 소개되는 도면들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 제시되는 도면들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 또한, 명세서 전반에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다. 도면들 중 동일한 구성요소들은 가능한 한 어느 곳에서든지 동일한 부호들로 나타내고 있음에 유의해야 한다.
도 1은 본 발명의 본 발명의 무선전력전송이 가능한 카테터 기반의 자기 구동 마이크로 로봇 결합 실시예이고, 도 2는 본 발명의 본 발명의 무선전력전송이 가능한 카테터 기반의 자기 구동 마이크로 로봇 분리 실시예이며, 도 3은 본 발명의 카테터 실시예, 도 4는 본 발명의 마이크로 로봇 실시예, 도 5는 본 발명의 마이크로 로봇 내부 구성 실시예, 도 6은 본 발명의 전력변환수단 실시예, 도 7은 본 발명의 전력송신수단 실시예, 도 8은 본 발명의 마이크로 로봇 결합부 실시예, 도 9는 본 발명의 마이크로 로봇 제어 방법 실시예, 그리고 도 10은 본 발명의 마이크로 로봇 재결합단계 실시예이다.
이와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된, 본 발명의 무선전력전송이 가능한 카테터 기반의 자기 구동 마이크로 로봇은,
도 1, 도 3, 도 4 및 도 5에서 도시한 바와 같이, 몸체부(110), 상기 몸체부(110)에 구비되어 무선으로 전력을 전달할 수 있는 전력전달부(120), 상기 몸체부(110) 일측말단에 마이크로 로봇과 결합하기위한 결합홈이 형성되는 마이크로 로봇 결합부(130)로 구성되는 카테터(100)와 마이크로 로봇의 이동력을 제공하는 마이크로 로봇 이동부(210), 상기 전력전달부(120)를 통하여 무선으로 전력을 공급받는 전력제공부(220), 상기 전력제공부(220)에서 전력을 공급받아 혈관 내 특정 작업을 수행하는 작업수단이 구비된 마이크로 로봇 작업부(230)로 구성되는 마이크로 로봇(200)포함하여 이루어질 수 있다.
즉, 도 1 내지 도 2에서 도시한 바와 같이, 본 발명의 무선전력전송이 가능한 카테터 기반의 자기 구동 마이크로 로봇은, 인체에 삽입될 때부터 상기 카테터(100)의 삽입이 가능한 부분까지는 상기 카테터(100)에 상기 마이크로 로봇(200)이 결합되어 이동한다. 이를 통하여 종래의 인체에 삽입되는 마이크로 로봇의 경우 무선으로 전력을 전송하기 위하여 자기장을 유도했을 때 마이크로 로봇과 유도를 위한 코일간의 거리로 인해 발생되는 손실로 인하여 전달되는 전력보다 훨씬 큰 많은 양의 전력이 소모되어야 하였다. 그러나 본 발명의 경우, 외부에서 상기 카테터(100)를 통하여 근거리에서 상기 마이크로 로봇(100)에 직접 전력을 공급할 수 있어 손실을 최소화 하여 효율적인 전력공급이 가능하다.
이후, 상기 카테터(100)가 진행하기 어려운 부분의 경우, 도 2에서 도시한 바와 같이, 상기 카테터(100)와 상기 마이크로 로봇(200)이 분리되어 작업을 수행하게 된다.
이때, 상기 전력전달부(120)는 도 3에서 도시한 바와 같이, 외부의 전력을 송신 가능하도록 변환하는 전력송신수단(121), 상기 전력송신수단(121)에서 송신 가능하도록 변환된 전력을 송출하는 전력송출수단(122)으로 구성될 수 있으며, 상기 전력송출수단(122)은 헬리컬 코일(helical coil) 또는 평면코일(planar coil)로 형성될 수 있다.
더불어, 도 5 및 도 7에서 도시하고 있는 바와 같이, 상기 전력제공부(220)는 상기 전력전달부(120)에서 송신한 전력을 수신하는 전력수신수단(221), 상기 전력수신수단(221)에서 수신된 전력을 사용 가능하도록 변환하는 전력변환수단(222)포함하여 형성될 수 있으며, 이때 상기 전력수신수단(221)은 헬리컬 코일(helical coil) 또는 평면코일(planar coil)로 형성될 수 있다.
상기 카테터(100)와 상기 마이크로 로봇(200) 사이에 전력 공급을 위하여 자기공명방식의 무선전력전송기술이 사용된다. 여기에서 자기공명방식의 무선전력전송기술은, 공진 커플링 방식, 공진방식으로도 불리며, 송신부 코일에서 공진주파수로 진동하는 자기장을 생성하여 동일한 공진주파수로 설계된 수신부 코일에만 에너지가 전달되도록 하는 방식이다.
즉, 상기 전력전달부(120)와 상기 전력제공부(220) 간의 무선전력 전송기술에 의한 에너지 전송을 보다 구체적으로 살펴보면, 먼저 상기 전력전달부(120)의 상기 전력송신수단(121)에서 무선 전력 신호를 생성하여 상기 무선 전력 신호가 인덕터(L)와 캐패시터(C)로 구성된 상기 전력송출수단(122)에서 LC 공진에 의한 자기 에너지로 변환된다. 그러면, 위에서 기술한 변환된 자기 에너지가 상기 전력제공부(220)의 인덕터(L)와 캐패시터(C)로 구성된 상기 전력수신수단(221)과 자기 결합(Magnetic coupling)함으로써 이루어진다.
이때, 상기 전력송출수단(122)의 LC 공진 주파수와 상기 전력수신수단(221)의 LC 공진 주파수를 동일하게 맞춤으로써 동조를 일으켜 자기 에너지 결합을 극대화할 수 있다. 즉, 상기 공진 주파수의 일치 정도에 따라 전송효율은 급격히 증가하므로, 상기 전력송출수단(122)과 상기 전력수신수단(221) 사이의 공진 주파수를 일치시키기 위한 공진 주파수에 대한 보정(Calibration)이 필요하다.
또한, 도 6에서 도시한 바와 같이, 전력의 세기를 키우거나 조절하기 위해서, 상기 전력전달부(120)의 전력송신수단(121)에서 전압 증폭수단(121a)가 사용될 수 있다. 이때, 상기 전력수신수단(221)을 구동하기 위한 로드 임피던스는 수십 오옴이 필요한 반면, 공진 특성(Q-factor)을 크게 하기 위한 상기 전력송출수단(122)의 실제 LC 코일의 임피던스는 수 오옴에 지나지 않는다. 이러한 상기 전력송출수단(122)과 상기 전력수신수단(221)과의 임피던스 부정합에 의해서도 전송 효율은 크게 감소하므로 임피던스 정합에 대한 보정(Calibration) 또한 필수적이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 상기 전력전달부(120)와 상기 전력제공부(220) 간의 자기공명방식에 의한 에너지 전송은, 상기 전력전달부(120)의 전력송신수단(121)은 외부전력을 무선 전력 신호로 변환한다. 이때, 무선 전력신호는 교류신호로써, 외부에서 입력되는 교류신호가 무선 전력 전송에 적절하지 않은 교류신호의 형태를 가질 수 있으므로 전력전달부(120)는 외부전력을 무선으로 송신하기에 적절한 교류신호로 변환하여 출력한다.
상기 전력전달부(120)의 전력송신수단(121)에서 생성된 무선 전력 신호의 발진 주파수는 상기 전력송출수단(122)의 인덕터(L)와 캐패시터(C) 값에 의한 공진 주파수보다 작으며 상기 전력송출수단(122)에서 수신측까지 바라본 상호 인덕턴스 값이 더해져 계산된 공진 주파수와 같다.
상기 전력송신수단(121)의 전압 증폭수단(121a)는 무선 전력 송신의 효율을 높이기 위해 상기 무선 전력 신호의 세기를 크게 하거나 조절하도록 증폭하여 출력한다.
이때, 상기 전력송출수단(122)은 헬리컬 코일로 형성되는 인덕터(L)와 캐패시턴스(C)로 구성되며, 상기 무선 전력 신호가 입력되면 LC 공진에 의한 자기 에너지로 변환되어 폐루프를 형성한다.
상기 송출 임피던스 정합수단(121b)은 상술한 바와 같이 최적 상태로 전력을 송신하기 위해 상기 전압 증폭수단(121a)와 상기 전력송출수단(122) 사이의 임피던스 정합을 더 수행한다.
또한, 상기 전력송출수단(122)에서 송신된 전력을 수신하는 상기 전력제공부(220)의 전력수신수단(221)은 헬리컬 코일로 형성되는 인덕터(L)와 캐피시터(C)로 구성되며, 인덕터(L)와 캐패시터(C)의 LC 공진에 의해 폐루프를 형성하는 자기 에너지로 변환되어 상기 전력전달부(120)로부터 형성된 자기 에너지와 자기결합한다. 이렇게 형성된 자기 결합 에너지는 역시 폐루프를 형성하고 있으므로, 상기 자기 결합 에너지로부터 변환된 무선 전력 신호를 수신한다.
이때, 도 7에서 도시한 바와 같이, 상기 수신 임피던스 정합수단(222a)는 상기 전력수신수단(221)로부터 수신된 무선 전력 신호의 전송 전력 이득을 높이기 위해 상기 전력수신수단(221)과 상기 전력변환수단(222) 사이의 임피던스 정합을 수행한다.
이후, 상기 전력변환수단(222)에서 상기 수신된 무선 전력 신호를 상기 이동부(210)에서 사용이 적절한 직류 신호 및 교류 신호의 형태로 변환되어 동력원으로 사용된다.
이때, 필요에 따라 상기 전력변환수단(222)을 거치지 않은 자기 에너지 자체를 이용하여 상기 이동부(210)를 구동할 수 있다. 즉, 상기 마이크로 로봇(200)에 작용하는 자기장을 조절함으로써 상기 마이크로 로봇(200)의 이동 속도 조절이 가능하며, 회전 자기장을 이용하면 나선형 움직임을 유발하는 토크(torque)를 발생시킬 수 있다는 것을 응용하여 상기 이동부(210)를 제어하여 이동시킬 수 있다.
또, 상기 전력전달부(120) 및 상기 전력제공부(220)는 데이터의 송수신을 위한 전력전달부 통신수단(123) 및 전력제공부 통신수단(223)을 더 포함하여 형성될 수 있다.
이를 통하여, 혈관 내 특정 작업을 수행하는 작업수단이 구비된 마이크로 로봇 작업부(230)에서 수행한 작업에 대한 데이터를 외부로 송출할 수 있으며, 데이터 송출에 있어서 상기 전력전달부(120)와 상기 전력제공부(220)사이의 통신을 이용함으로 보다 데이터 손실을 최소화한 통신이 가능하다는 장점을 갖는다. 이때, 상기 마이크로 로봇 작업부(230)는 영상, 초음파, 모터, 물리적 센서 중 선택되는 적어도 하나 이상의 구성으로 이루어질 수 있으며, 이를 통하여 혈관 내에서 다양한 작업을 수행할 수 있다.
또한, 도 7에서 도시한 바와 같이, 상기 전력제공부 통신수단(223)은 상기 전력전달부 통신수단(123)과의 통신을 위한 내부통신모듈(223a)과 외부로 데이터를 직접 전송하기 위한 외부통신모듈(223b)을 포함하여 형성될 수 있다. 따라서, 일반적인 상황에서는 상기 전력전달부 통신수단(123)과 상기 내부통신모듈(223a)을 통하여 데이터를 외부로 송신할 수 있으며, 상기 전력전달부 통신수단(123) 또는 상기 내부통신모듈(223a)에 문제가 발생되어 통신 불능이 되었을 때, 상기 외부통신모듈(223b)을 통하여 상기 마이크로 로봇(200)이 상기 마이크로 로봇 작업부(230)에서 획득된 데이터를 외부로 직접 전송하도록 형성되어 보다 안정적인 데이터 송신이 가능하도록 구성될 수 있다.
더불어, 도 8에서 도시한 바와 같이, 상기 카테터(100)는 상기 마이크로 로봇 결합부(130)에 상기 마이크로 로봇의 위치를 확인하기 위한 위치확인수단(131)이 더 포함될 수 있으며, 이때 상기 위치확인수단(131)은 초음파 센서로 형성될 수 있다.
즉, 상기 마이크로 로봇(200)이 상기 카테터(100)의 상기 마이크로 로봇 결합부(130)에서 분리되어 작업을 수행할 때에, 상기 마이크로 로봇(200)과 상기 카테터(100)의 정렬이 어긋나게 될 경우 전력의 제공 효율이 저하되어 상기 마이크로 로봇(200)의 전력공급이 원활하지 않게 되는 문제점이 있었다. 이는 상기 전력전달부(120)의 전력송신수단(121)과 상기 전력제공부(220)의 전력수신수단(221)의 정합이 맞지 않아 발생하는 문제이다.
따라서 이러한 전력공급효율의 저하를 최소화하기 위하여 초음파 센서로 형성되는 상기 위치확인수단(131)을 이용하여 상기 마이크로 로봇(200)의 위치를 확인하여 상기 카테터(100)의 상기 마이크로 로봇 결합부(130)의 위치를 조정하여 상기 마이크로 로봇(200)에 공급되는 전력효율저하를 최소화 할 수 있다.
또한, 상기 위치확인수단(131)을 이용하여 상기 마이크로 로봇(200)이 작업을 종료하고 상기 카테터(100)의 상기 마이크로 로봇 결합부(130)와 재결합을 할 때에 상기 마이크로 로봇(200)의 이동을 유도하여 보다 효율적인 재결합을 통한 상기 마이크로 로봇(200)의 회수를 도울 수 있다.
또한, 상기 이동부(210)는 상기 마이크로 로봇(200) 일측단부에 나선형의 돌기 형태로 형성될 수 있다. 즉, 상기 마이크로 로봇의 이동부(210)에 회전력을 부여할 때에 나선형의 돌기가 유체 내에서 추진을 하는 선박의 프로펠러와 유사한 역할을 하여 효과적으로 추진력을 발생시킬 수 있으며, 회전 방향에 따라 전진 및 후진을 조절할 수 있어 상기 마이크로 로봇(200)의 효과적인 제어가 가능하다.
본 발명의 무선전력전송이 가능한 카테터 기반의 자기 구동 마이크로 로봇의 제어 방법은, 도 9에서 도시한 바와 같이, 카테터(100)와 마이크로 로봇(200)이 결합된 상태로 인체에 삽입하여 카테터(100)의 이동한계위치까지 이동하는 마이크로 로봇 삽입단계(S01), 이동한계위치까지 이동한 카테터(100)에서 마이크로 로봇(200)이 분리되는 마이크로 로봇 분리단계(S02), 분리된 마이크로 로봇(200)이 작업부(230)에 구비된 작업수단을 통하여 작업을 수행하는 마이크로 로봇 작업단계(S03), 작업을 완료한 마이크로 로봇(200)이 카테터(100)의 결합부(130)에 재결합하는 마이크로 로봇 재결합단계(S04), 상기 마이크로 로봇 재결합단계(S04)를 통하여 마이크로 로봇(200)과 재결합된 카테터(100)를 회수하는 마이크로 로봇 회수단계(S05)를 포함할 수 있다.
이때, 도 10에서 도시한 바와 같이, 상기 마이크로 로봇 재결합단계(S04)는 카테터(100)의 위치확인수단(131)을 통하여 마이크로 로봇(200)의 위치를 확인하는 위치확인단계(S04a), 상기 위치확인단계(S04a)에서 확인된 위치정보를 통하여 카테터(100)와 마이크로 로봇(200)을 정렬하는 위치정렬단계(S04b), 마이크로 로봇(200)의 이동하여 카테터(100)의 결합부(130)와 결합하는 결합완료단계(S04c)를 포함할 수 있다.
즉, 상기 마이크로 로봇 재결합단계(S04)는, 먼저 위치확인단계(S04a)를 통하여 카테터(100)와 마이크로 로봇(200)이 재결합할 때에, 카테터(100)의 위치확인수단(131)을 이용하여 마이크로 로봇(200)의 위치를 확인한다.
이때 확인된 마이크로 로봇(200)의 위치와 카테터(100)의 위치의 정렬에 오차가 발생하였을 경우, 상기 위치확인단계(S04a)에서 측정된 위치값을 기반으로 마이크로 로봇(200)과 카테터(100)를 정렬하는 위치정렬단계(S04b)에서 마이크로 로봇(200)과 카테터(100)를 정렬한다.
마이크로 로봇(200)과 카테터(100)의 정렬이 완료되면 마이크로 로봇(200)이 카테터(100)의 결합부(130)와 결합하는 결합완료단계(S04c)를 통하여 마이크로 로봇(200)의 회수준비 절차를 완료한다.
이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것 일뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허 청구 범위뿐 아니라 이 특허 청구 범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
100: 카테터
110: 몸체부
120: 전력전달부
121: 전력송신수단
121a: 전압 증폭수단 121b: 송출 임피던스 정합수단
122: 전력송출수단
123: 전력전달부 통신수단
130: 결합부
131: 위치확인수단
200: 마이크로 로봇
210: 이동부
220: 전력제공부
221: 전력수신수단 222: 전력변환수단
222a: 수신 임피던스 정합수단
223: 전력제공부 통신수단 223a: 내부통신모듈
223b: 외부통신모듈
230: 작업부
S01: 마이크로 로봇 삽입단계
S02: 마이크로 로봇 분리단계
S03: 마이크로 로봇 작업단계
S04: 마이크로 로봇 재결합단계
S04a: 위치확인단계 S04b: 위치정렬단계
S04c: 결합완료단계
S05: 마이크로 로봇 회수단계

Claims (14)

  1. 몸체부(110), 상기 몸체부(110)에 구비되어 무선으로 전력을 전달할 수 있는 전력전달부(120), 상기 몸체부(110) 일측말단에 마이크로 로봇과 결합하기위한 결합홈이 형성되는 마이크로 로봇 결합부(130), 전력제공부(220)에 전력을 공급하기 위한 전선을 포함하는 카테터(100);
    마이크로 로봇의 이동력을 제공하는 마이크로 로봇 이동부(210), 상기 전력전달부(120)를 통하여 무선으로 전력을 공급받는 전력제공부(220), 상기 전력제공부(220)에서 전력을 공급받아 혈관 내 특정 작업을 수행하는 작업수단이 구비된 마이크로 로봇 작업부(230)를 포함하는 마이크로 로봇(200);
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 무선전력전송이 가능한 카테터 기반의 자기 구동 마이크로 로봇.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 전력전달부(120)는,
    외부의 전력을 송신 가능하도록 변환하는 전력송신수단(121), 상기 전력송신수단(121)에서 송신 가능하도록 변환된 전력을 송출하는 전력송출수단(122)으로 포함하여 형성되는 것을 특징으로 하는 무선전력전송이 가능한 카테터 기반의 자기 구동 마이크로 로봇.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 전력송출수단(122)은,
    헬리컬 코일(helical coil) 또는 평면코일(planar coil)로 형성되는 것을 특징으로 하는 무선전력전송이 가능한 카테터 기반의 자기 구동 마이크로 로봇.
  4. 제 2항에 있어서,
    상기 전력송신수단(121)은,
    전압 증폭수단(121a) 및 송출 임피던스 정합수단(121b)을 더 포함하여 형성되는 것을 특징으로 하는 무선전력전송이 가능한 카테터 기반의 자기 구동 마이크로 로봇.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 전력제공부(220)는,
    상기 전력전달부(120)에서 송신한 전력을 수신하는 전력수신수단(221), 상기 전력수신수단(221)에서 수신된 전력을 사용 가능하도록 변환하는 전력변환수단(222)을 포함하여 형성되는 것을 특징으로 하는 무선전력전송이 가능한 카테터 기반의 자기 구동 마이크로 로봇.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 전력수신수단(221)은,
    헬리컬 코일(helical coil) 또는 평면코일(planar coil)로 형성되는 것을 특징으로 하는 무선전력전송이 가능한 카테터 기반의 자기 구동 마이크로 로봇.
  7. 제 5항에 있어서,
    상기 전력변환수단(222)은,
    수신 임피던스 정합수단(222a)을 더 포함하여 형성되는 것을 특징으로 하는 무선전력전송이 가능한 카테터 기반의 자기 구동 마이크로 로봇.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 전력전달부(120) 및 상기 전력제공부(220)는,
    데이터의 송수신을 위한 전력전달부 통신수단(123) 및 전력제공부 통신수단(223)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무선전력전송이 가능한 카테터 기반의 자기 구동 마이크로 로봇.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 전력제공부 통신수단(223)은,
    상기 전력전달부 통신수단(123)과의 통신을 위한 내부통신모듈(223a)과 외부로 데이터를 직접 전송하기 위한 외부통신모듈(223b)을 포함하는 것을 특징으로 하는 무선전력전송이 가능한 카테터 기반의 자기 구동 마이크로 로봇.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 카테터(100)는,
    상기 마이크로 로봇 결합부(130)에 상기 마이크로 로봇의 위치를 확인하기 위한 위치확인수단(131)이 더 포함되는 것을 특징으로 하는 무선전력전송이 가능한 카테터 기반의 자기 구동 마이크로 로봇.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 위치확인수단(131)은,
    초음파 센서로 형성되는 것을 특징으로 하는 무선전력전송이 가능한 카테터 기반의 자기 구동 마이크로 로봇.
  12. 제 1항에 있어서,
    상기 이동부(210)는,
    상기 마이크로 로봇(200) 일측단부에 나선형의 돌기 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 무선전력전송이 가능한 카테터 기반의 자기 구동 마이크로 로봇.
  13. 카테터(100)와 마이크로 로봇(200)이 결합된 상태로 인체에 삽입하여 카테터(100)의 이동한계위치까지 이동하는 마이크로 로봇 삽입단계(S01);
    이동한계위치까지 이동한 카테터(100)에서 마이크로 로봇(200)이 분리되는 마이크로 로봇 분리단계(S02);
    분리된 마이크로 로봇(200)이 작업부(230)에 구비된 작업수단을 통하여 작업을 수행하는 마이크로 로봇 작업단계(S03);
    작업을 완료한 마이크로 로봇(200)이 카테터(100)의 결합부(130)에 재결합하는 마이크로 로봇 재결합단계(S04);
    상기 마이크로 로봇 재결합단계(S04)를 통하여 마이크로 로봇(200)과 재결합된 카테터(100)를 회수하는 마이크로 로봇 회수단계(S05);
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선전력전송이 가능한 카테터 기반의 자기 구동 마이크로 로봇의 제어 방법.
  14. 제 13항에 있어서,
    상기 마이크로 로봇 재결합단계(S04)는,
    위치확인수단(131)을 통하여 마이크로 로봇(200)의 위치를 확인하는 위치확인단계(S04a), 상기 위치확인단계(S04a)에서 확인된 위치정보를 통하여 카테터(100)와 마이크로 로봇(200)을 정렬하는 위치정렬단계(S04b), 마이크로 로봇(200)이 이동하여 카테터(100)의 결합부(130)와 결합하는 결합완료단계(S04c)를 포함하는 무선전력전송이 가능한 카테터 기반의 자기 구동 마이크로 로봇의 제어 방법.
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