和身體一樣柔軟的機(jī)器人 醫(yī)療應(yīng)用不傷身

人的身體非常柔軟，如果有硬的物體進(jìn)入體內(nèi)，不僅可能傷害組織與血管，身體的防衛(wèi)系統(tǒng)也可能用結(jié)痂組織來(lái)包圍這個(gè)物體，打亂其原本的功能?，F(xiàn)在研究人員致力于開(kāi)發(fā)柔軟的機(jī)器人，可以與身體兼容，機(jī)器與身體組織接觸的同時(shí)也不會(huì)影響安全。

IEEE Spectrum便介紹了三款機(jī)器人，都使用新的材質(zhì)與具備彈性驅(qū)動(dòng)執(zhí)行器，其中兩種是植入型機(jī)器人，一款則是手術(shù)工具。

針對(duì)心臟衰竭病患設(shè)計(jì)的機(jī)器人

全球有4,100萬(wàn)人患有心臟衰竭疾病，他們的心臟漸漸無(wú)法勝任傳送血液的任務(wù)。有些病患可以等到器官移植，有些人則輔以心室輔助器(Ventricular Assist Device;VAD)，但VAD會(huì)提高血栓的風(fēng)險(xiǎn)，因?yàn)楫?dāng)血液流過(guò)金屬或塑料表面時(shí)，就容易形成血栓。

為了找出更好的方案，一個(gè)國(guó)際研究團(tuán)隊(duì)發(fā)明了一種硅膠套，會(huì)套在心臟表層，讓機(jī)器人不會(huì)直接與血液接觸，同時(shí)規(guī)律地?cái)D壓心臟。膠套的設(shè)計(jì)靈感來(lái)源于真實(shí)心臟肌肉的配置，內(nèi)層材料采用同心環(huán)收縮，外層以螺旋方式收縮，初期的裝置使用14個(gè)氣動(dòng)執(zhí)行器。研究人員用豬做實(shí)驗(yàn)，該裝置不僅可以偵測(cè)到心臟的跳動(dòng)頻率并配合，還可以取代錯(cuò)誤的頻率，讓心跳穩(wěn)定。

投藥機(jī)器人

Columbia University的研究人員以手表設(shè)計(jì)為靈感，將其放到軟性凝膠里頭，形成一個(gè)生物兼容的機(jī)器人，會(huì)自行計(jì)算時(shí)間，并從身體內(nèi)部進(jìn)行投藥。

Columbia University生物醫(yī)學(xué)工程教授Samuel Sia使用一種簡(jiǎn)單的軟性凝膠裝置，里面填充鐵的奈米顆粒，讓研究人員可以從外部用磁鐵來(lái)調(diào)整。預(yù)定時(shí)間一到，裝置內(nèi)部就會(huì)與開(kāi)口連成一線(xiàn)，里面的藥物就能流出。

在癌癥治療中，這樣一來(lái)得以局部進(jìn)行化療，讓身體其他部位免于受藥物影響。研究人員在老鼠的實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，相較于傳統(tǒng)療法，使用這種機(jī)器人可以殺死更多癌細(xì)胞，對(duì)其他細(xì)胞的影響則較小。另外，透過(guò)外部控制器，醫(yī)生也可以在適當(dāng)時(shí)機(jī)投藥。

柔軟的抓取機(jī)器人

為了避免不必要的傷害，外科醫(yī)師會(huì)使用不同的工具來(lái)開(kāi)刀，可能使用一種工具來(lái)處理脂肪組織，而使用另外一種工具來(lái)切除腫瘤?，F(xiàn)在有了新研發(fā)的軟式工具，有助于手術(shù)進(jìn)行。

麻省理工學(xué)院(MIT)機(jī)械和環(huán)境工程副教授Xuanhe Zhao設(shè)計(jì)了一系列由水凝膠制成的機(jī)器人小工具，每一個(gè)環(huán)節(jié)都采用中空設(shè)計(jì)，里面有互相連結(jié)的立方體。裝置啟動(dòng)后，注射器會(huì)將水注入機(jī)器人，使其卷曲或拉伸，產(chǎn)生快速有力的動(dòng)作。

類(lèi)似五指手掌的抓取機(jī)器人，可以抓住游泳的金魚(yú)，充分展現(xiàn)其靈活性，而被抓到的魚(yú)則毫發(fā)無(wú)傷。 Zhao的團(tuán)隊(duì)現(xiàn)在正在與醫(yī)療團(tuán)體合作，用水凝膠手來(lái)攫取機(jī)器人手術(shù)中的器官。

另外一種應(yīng)用，則是用軟性機(jī)器人來(lái)環(huán)繞腸道，并規(guī)律地模仿腸道蠕動(dòng)，讓食物在消化道中移動(dòng)。