腦內做手術？休斯頓大學的磁錘機器人或許可以做到

       2018-03-03 23:00機器人

　　

　　據IEEE Spectrum報道，一個小機器人能夠穿過人類身體內部的組織，這聽起來就像是科幻小說中的場景一樣。但是，這種機器人是真實存在的，並且，它可以在未來醫學中發揮重要的作用。

　　對這一概念進行的一項新研究表明，被稱為millirobots的毫米級機器人能夠對醫院醫用掃描儀產生的磁場變化進行響應，並以此為動力穿透山羊的腦組織。而這一成就也對生物醫學的發展產生了重要作用。

　　許多醫學研究人員已經做過關於利用磁場推動和牽引機器人在人體內移動的實驗。在這種背景下，休斯頓的研究人員在一個子彈型機器人內部安裝了一個「磁力錘」，這個磁力錘可以產生足夠的力量來推動機器人進入動物的大腦中。

　　

　　此外，機器人體內還含有一個不鏽鋼珠，它可以通過磁共振成像（MRI）掃描儀產生的磁場的方向變化，推動這個鋼珠在機器人體內來回移動。當移向一個方向時，此鋼珠可壓到機器人後面的機械彈簧，這樣，在彈簧將珠子釋放的時候，就可以擊打機器人的前端，將機器人錘擊到更深的身體組織中。

　　休斯頓大學電子與計算機工程助理教授阿倫·貝克爾（Aaron Becker）說：「這個機器人是由MRI系統和相對簡單的材料構成，所以，它可以實現量產。」

　　這種機器人可以利用醫院的標準的MRI掃描儀，也就是說在診治過程中，醫生在患者體內移動millirobots機器人的同時可生成患者的MRI成像。

　　許多研究微型醫療機器人的研究者，目前尚未在任何臨床實驗中使用該機器人。他們更傾向於使用定製的磁性線圈，以便更精確地控制影響機器人的磁場方向。相比之下，磁共振成像儀的磁場是固定在一個方向上，這就限制了對機器人移動方向的控制。

　　更複雜的是，核磁共振成像掃描儀的磁場梯度強度為每米20-40豪特，雖然能夠利用它來通過血管控制小機器人進行移動，但是卻不能夠幫助機器人穿透身體組織。

　　然而，休斯頓大學的研究人員偶然發現的這個磁錘法，可以充分利用MRI掃描儀的梯度強度。並且，在設計機器人時，他們還增加了其他的功能，以增強機器人的穿透力。

　　

　　該大學的電子和計算機工程博士后，也是該項目負責人的Julien Leclerc正在思考尋找一種類似於使用箭頭的方式。然後，他把三個鈦刀片安裝在長為50毫米、直徑為7毫米的設備上。這些刀片可以使機器人通過錘擊動作進入羊羔的腦組織（這一羊羔腦組織來源於當地超市）。這也意味著millirobot機器人再進行操作過程中會留下一些小傷口，其類似於用於微創手術的達芬奇機器人的探針所造成的傷口。

　　此外，研究人員也把一根針放在了機器人的探測端，這個針是由3D列印的熱塑料性的塑料製成。而針的向後倒鉤有助於將機器人固定在身體內部的組織中。因此，每次不鏽鋼珠滑到後端時，機器人都不會回縮。由於衛生的原因，未來的設計會使用該種類針的合成版本。

　　多倫多大學的機械工程助理教授埃里克·迪勒（Eric Diller）說：「以前的大部分研究都集中於在人類身體內移動機器人而不是讓機器人可以穿透身體內部的組織。」他將磁力錘描述為「可以有效放大通過磁力驅動millirobots機器人力量的巧妙機制。」

　　迪勒說：「這種方法可以巧妙地提高峰值應力，但是用更一般的方式應用這種力量就會受到限制。由於它使用的是滑動部件，所以在摩擦力和粘附力干擾設備的情況下，縮小機器人的尺寸是非常困難的。」

　　蒙特利爾理工學院的教授，同時也是該機構的納米機器人實驗室主任的Sylvain Martel稱：「與微創醫療方法相比，磁錘機器人能夠應用在哪些醫療領域還不清楚，或許它會替代那些侵入性更強的手術。我們也正在為這項技術找尋應用途徑。」

　　休斯頓大學的團隊設想該機器人可以對一些醫療進行小規模的干預。比如在椎管內刺入囊腫或在MRI掃描儀下進行活組織檢查。但是，他們也提出了一個更有野心的想法：有一天機器人會進入人類的脊柱，並通過腦脊液到達人類的大腦。Leclerc說：「你可以想象一下，機器人在大腦中進行微創手術的場景。」

　　在任何情況下，該團隊都承認磁錘millirobots機器人都還有很長的一段路需要走，也許在進行臨床實驗之前可能會先在豬的身上進行實驗。他們將繼續調整機器人的設計，其中Leclerc研發出的最新型號的伸縮刀片，可以在將機器人拉出人體時避免造成進一步的傷害。即使設備的尺寸非常小，生物醫學機器人也必須特別小心