技术动态 » 科技改变医疗 | 逆天了:可以行走于体内,全球最小的机器人


1966年著名作家艾萨克·阿西莫夫出版了一部著名的科幻小说《梦幻旅行》,讲述了通过科学手段把人缩小到了细胞大小,在人体内经历了梦幻般的冒险。这部小说启发了很多科学家,虽然我们很难把真人缩小到细胞大小,但制作一个微型机器人代替人类进入体内完成作业还是完全可行的。所以一直以来,微型机器人、软体机器人成为科学研究的热点,我们都期盼机器人能听从指挥的到达人体指定位置,在对人体危害最小的情况下递送药物或者切除病变组织。日前,英国著名期刊《Nature》上便发布了一款由德国马普智能系统研究所研制的磁控软体机器人,或许它能为人类研究体内微型机器人提供新思路。


磁控软体机器人

这是一段长3.7毫米、宽1.5毫米、厚185微米的长方体机器人。别小看这个外表上看起来黑乎乎的小方片,它能在磁场的控制下,像软体动物一样完成各种指定动作。比如在水下或水面游泳、卷成圆圈滚动、跳过障碍物、在细管中爬行,灵活切换各种运动形式等。



这款机器人的主体材料为硅胶,内嵌具有磁性的汝铁硼微颗粒,颗粒的平均直径为5微米。机器人表面是防水的,也可以被处理成生物相容材料。

由于这款机器人具有可控性,所以它能在人类的控制下完成装货、运货和卸货的操作,未来可以应用于人类人靶向药物的运输。

这款机器人能够适用于不同地形表现在很多方面,比如在通过狭小空间时,它能像毛毛虫一样产生波形震动,爬进去。

此外遇到比较高的障碍物时,还可以选择跳跃的方式。总之为了显示该软体机器人在各种不规则环境中的工作能力,研究人员让机器人开启了多种运动模式探索水陆双栖场景和人类胃部模型,并额外完成了抓取物体、定向转移的任务。

2018年美国结直肠外科医师学会(ASCRS)科学年会,于当地时间5月19~23日,在美国田纳西州首府纳什维尔市如期举行。该会议是世界范围内结直肠领域的盛会。从会议日程设置就可以窥见机器人手术技术在结直肠外科领域的热门程度——为期5天的会议有3天涉及机器人手术“专场”。

学术界希望让这种小型化的机器人通过人体的一个很小的开口进入,比如在心血管系统中,可以直接注射到血管里面,让它直接作用到希望的位置,进行治疗。“比如消化道医生,他们希望将这个小机器人做成像海绵一样的结构,也就是在我们现在的基础上,有一些吸附能力,将药物吸进去,通过运动,进入到胃里或者消化道。”


目前,关于机器人在医疗界中的应用研究,主要集中在外科手术机器人、康复机器人、护理机器人和服务机器人等方面。



请试想,机器人在器官修补、血管吻合或骨磨削、基因移植、神经和远程手术等需要十分精细领域的应用,会是怎样一种体验?⬇⬇⬇







01

医疗应用


一、精准医疗

——帮助医生把药物输送到人体最需要的部位



据德国《光谱》杂志报道,德国马普智能系统研究所的研究人员研发了一种微型“机器人”,它能帮助医生把药物输送到人体最需要的部位。


这种所谓的机器人其实只是一片4mm长、0.1mm厚的磁性橡胶片,与纳米级的机器人相比虽不属最微小的,但是它能做“潜、游、跑、爬、跳、滚”等各种动作,另一重要特性是它受磁力的无线控制,故要比现有的技术更灵活,能到达体内任何部位。


微型机器人有两种输送药物的方式,一是携带药物袋至体内特定部位,然后通过变形打开药物袋。二是把机器人的橡胶体设计成海绵状,先浸吸药物,达到目的地后通过自身变形,挤压释放药物,从而达到精准医疗的目的。



二、定点投放细胞

——在磁场驱动下将细胞运送到活生物体内的指定位置




香港城市大学科研团队3D打印出的微型机器人在培养液和斑马鱼胚胎中运动,将活细胞投放到指定地点。


该迷你机器人设计成球型,磁场驱动能力更高,对生物体内组织的伤害更小,同时更易促进组织融合。小球为孔洞结构,有助于组织血管化,形成为细胞提供养分的微循环网络。小球的表面充满突起,是细胞附着的支点,能提高运载量。


“毛边”的迷你小球通过3D打印成型,表面覆盖镍和钛,分别用以增加磁性和生物相容性。

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