新型連續(xù)體機(jī)器人實現(xiàn)了多尺度運(yùn)動 打開了復(fù)雜顯微外科手術(shù)的世界

美國范德比爾特大學(xué)工程師設(shè)計的一種新型連續(xù)體機(jī)器人實現(xiàn)了多尺度運(yùn)動，可能會打開一個以前不可能完成的復(fù)雜顯微外科手術(shù)的巨大世界。

通過在結(jié)構(gòu)內(nèi)部添加可以滑入和滑出管狀骨架的金屬絲（紅色），該多骨骼機(jī)器人可以增強(qiáng)具有微米級運(yùn)動能力的微觀運(yùn)動工作空間。就尺度而言，一英寸包含25400微米一個人的紅血球大約有8微米寬，與一些細(xì)菌的大小相同，并且明顯小于人類頭發(fā)的平均寬度。可以通過直接驅(qū)動，推動和拉動它們，連續(xù)運(yùn)動中機(jī)器人的配置會發(fā)生變化。

“我們的設(shè)計通過使用廉價的執(zhí)行器來實現(xiàn)1微米或更小的運(yùn)動分辨率。這種重新配置（以最低的附加成本）可以加速新型外科手術(shù)機(jī)器人的開發(fā)，該機(jī)器人既可以進(jìn)行手術(shù)干預(yù)的宏觀運(yùn)動，又能進(jìn)行細(xì)胞水平成像或干預(yù)的微觀運(yùn)動，并且可以進(jìn)行微尺度運(yùn)動?！?u>機(jī)械級教授兼高級機(jī)器人與機(jī)械應(yīng)用實驗室主任Nabil Simaan說。他說：“這極大地擴(kuò)展了微創(chuàng)手術(shù)機(jī)器人的功能。”

微型化和活動范圍允許在復(fù)雜的動脈瘤，微小的靜脈和動脈，神經(jīng)以及眼睛，內(nèi)耳和聲帶的脆弱結(jié)構(gòu)的手術(shù)過程中進(jìn)行精確控制。潛在的應(yīng)用包括活檢，根除腫瘤和在細(xì)胞水平上靶向藥物遞送。

Simaan和他的團(tuán)隊通過改變機(jī)器人的平衡姿勢，使他先前的連續(xù)體機(jī)器人的靈活體系結(jié)構(gòu)適應(yīng)了宏觀和微觀的要求，Simaan稱其為具有平衡調(diào)制或CREM的連續(xù)體機(jī)器人。

以前的連續(xù)體機(jī)器人的靈活體系結(jié)構(gòu)實現(xiàn)了像蠕蟲一樣的宏操作。機(jī)器人被分割成圓盤或圓環(huán)，就像worm的身體一樣。每個圓盤通過微小的骨架或致動管連接在一起。通過在致動管內(nèi)添加細(xì)小的彈性線并上下移動線，板的靜態(tài)平衡會發(fā)生變化，從而在微米級產(chǎn)生運(yùn)動。

范德比爾特外科工程學(xué)院的附屬機(jī)構(gòu)Simaan表示：“這種新型的機(jī)器人將在穿越宏大的彎曲路徑到達(dá)手術(shù)部位的同時提供微精度，潛在的好處包括精確的組織重建和腫瘤的徹底手術(shù)根除?！?/p>

該機(jī)器人使用管狀二級骨架來實現(xiàn)大規(guī)模運(yùn)動。通過推和拉它們，連續(xù)機(jī)器人的配置發(fā)生變化，增加的線路可以滑進(jìn)和滑出管狀骨干，使研究小組能夠調(diào)整平衡形狀。

此外，目前他們正在進(jìn)行廣泛的測試，以便將光學(xué)相干斷層成像技術(shù)（optical coherence tomography）納入其中，這是一種有效的“光學(xué)超聲”，可以從組織內(nèi)部進(jìn)行成像反射。

Simaan和他的同事，機(jī)械工程研究生Giuseppe Del Giudice，眼科學(xué)和視覺科學(xué)的研究助理教授，沉金慧和醫(yī)師Karen M.Joos，Joseph N.和Barbara H.Ellis家庭眼科學(xué)教授已經(jīng)完成了初步整合定制的OCT探針。

Joos的特別研究興趣是將微型OCT探針與機(jī)器人手術(shù)工具一起使用，以改善眼內(nèi)手術(shù)的可視化。Del Giudice的專長是微連續(xù)醫(yī)療機(jī)器人的設(shè)計和控制，尤其是眼科手術(shù)的微操縱。

Simaan說，通過提供顯著提高的靈活性，可控制性和精確性給外科醫(yī)生，甚至甚至開創(chuàng)了以前不可能的程序，擴(kuò)展微型連續(xù)運(yùn)動機(jī)器人在微尺度運(yùn)動和靶向性方面擴(kuò)展標(biāo)準(zhǔn)連續(xù)體機(jī)器人的功能可能會對顯微外科手術(shù)產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。