半導(dǎo)體微型機(jī)器人：可用于顯微外科手術(shù)

在過去的數(shù)十年內(nèi)，許多手術(shù)已經(jīng)進(jìn)展到了微創(chuàng)水平，這使得手術(shù)對(duì)病人和醫(yī)生都更加安全。目前，已經(jīng)有一些手術(shù)機(jī)器人進(jìn)入應(yīng)用，然而這些機(jī)器人系統(tǒng)往往體積非常大，通常會(huì)占據(jù)整個(gè)房間，而且出于體積限制，難以操作細(xì)微的精細(xì)組織和結(jié)構(gòu)。但是近日有消息，科學(xué)家們成功地發(fā)明了微型醫(yī)療機(jī)器人，可以由人們按照自己的要求控制、操縱，并很快可以用于治療難以觸及的人體內(nèi)部區(qū)域的顯微外科手術(shù)。

來自賓夕法尼亞州立大學(xué)(Pennsylvania State University)和康奈爾大學(xué)的科學(xué)家的這項(xiàng)最新發(fā)明，著重于在醫(yī)學(xué)中的大規(guī)模生產(chǎn)和應(yīng)用。

8月26日星期三，研究人員在《自然》雜志上發(fā)表了這項(xiàng)突破性的研究成果，題為《電子集成、大規(guī)模制造的微型機(jī)器人》。

與其余微型機(jī)器人不同的是，這是第一個(gè)由半導(dǎo)體元件制成的微型機(jī)器人。這意味著它們可以使用標(biāo)準(zhǔn)的電子信號(hào)行走。

大多數(shù)微型機(jī)器人使用熱、光學(xué)和聲學(xué)驅(qū)動(dòng)器執(zhí)行，與設(shè)計(jì)的硅制造不兼容。

因此，科學(xué)家們促成了一項(xiàng)新的電壓調(diào)節(jié)電化學(xué)執(zhí)行器的發(fā)明，這種致動(dòng)器可以在低電壓(200微伏)、低功率(10毫微瓦)下工作，并且完全兼容硅處理。

作者寫道，該技術(shù)被稱為表面電化學(xué)致動(dòng)器或SEA。

SEA可以執(zhí)行并將能量轉(zhuǎn)化為機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)。這種設(shè)計(jì)使得微型機(jī)器人能夠保持持續(xù)的力、魯棒性和較小的曲率半徑。

每個(gè)機(jī)器人都有四條由微型驅(qū)動(dòng)器組成的腿，驅(qū)動(dòng)器與設(shè)備底盤上的太陽能電池片相連。當(dāng)激光束照射在這些片上時(shí)，機(jī)器人的腿就會(huì)彎曲以使其行走。

這些機(jī)器人也非常小:大約5微米厚(0.005厘米)，40微米寬，40到70微米長。

為了展示它們的潛力，研究人員開發(fā)了平版制造和投料指南，以制造原型100微米以下的行走機(jī)器人。

這一過程的每一步都是并行執(zhí)行的，使得他們每4英寸的晶圓片可以生產(chǎn)超過100萬個(gè)機(jī)器人。

“控制一個(gè)微型機(jī)器人的感覺可能是你盡可能縮小自己，”該研究的主要作者馬克·米斯金(Marc Miskin)說，他曾是康奈爾大學(xué)的博士后研究員。

“我認(rèn)為，像這樣的機(jī)器將帶我們進(jìn)入各種各樣小得看不見的神奇世界。”

這些機(jī)器人足夠小，可以通過一根針將它們成群地注射到人體內(nèi)。然后，他們可以在途中穿過組織和血液，縫合血管或探測人體靜脈。

就目前而言，他們?nèi)匀恍枰艿酵饨绲目刂?。但有朝一日，它們可能?huì)配備人工“大腦”和電池，讓它們能夠自主行走。這項(xiàng)研究結(jié)果對(duì)于大規(guī)模制造、硅基、功能機(jī)器人來說是一個(gè)重要的進(jìn)步，因?yàn)樗鼈兲×?，無法用肉眼分辨。