和身體一樣柔軟的機(jī)器人 醫(yī)療應(yīng)用不傷身
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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)痂組織來包圍這個物體,打亂其原本的功能?,F(xiàn)在研究人員致力于開發(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也不會影響安全。
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。
針對心臟衰竭病患設(shè)計的機(jī)器人
全球有4,100萬人患有心臟衰竭疾病,他們的心臟漸漸無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會提高血栓的風(fēng)險,因為當(dāng)血液流過金屬或塑料表面時,就容易形成血栓。
為了找出更好的方案,一個國際研究團(tuán)隊發(fā)明了一種硅膠套,會套在心臟表層,讓機(jī)器人不會直接與血液接觸,同時規(guī)律地擠壓心臟。膠套的設(shè)計靈感來源于真實心臟肌肉的配置,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個氣動執(zhí)行器。研究人員用豬做實驗,該裝置不僅可以偵測到心臟的跳動頻率并配合,還可以取代錯誤的頻率,讓心跳穩(wěn)定。
投藥機(jī)器人
Columbia University的研究人員以手表設(shè)計為靈感,將其放到軟性凝膠里頭,形成一個生物兼容的機(jī)器人,會自行計算時間,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調(diào)整。預(yù)定時間一到,裝置內(nèi)部就會與開口連成一線,里面的藥物就能流出。
在癌癥治療中,這樣一來得以局部進(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驗中發(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,對其他細(xì)胞的影響則較小。另外,透過外部控制器,醫(yī)生也可以在適當(dāng)時機(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)師會使用不同的工具來開刀,可能使用一種工具來處理脂肪組織,而使用另外一種工具來切除腫瘤?,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)計了一系列由水凝膠制成的機(jī)器人小工具,每一個環(huán)節(jié)都采用中空設(shè)計,里面有互相連結(jié)的立方體。裝置啟動后,注射器會將水注入機(jī)器人,使其卷曲或拉伸,產(chǎn)生快速有力的動作。
類似五指手掌的抓取機(jī)器人,可以抓住游泳的金魚,充分展現(xiàn)其靈活性,而被抓到的魚則毫發(fā)無傷。 Zhao的團(tuán)隊現(xiàn)在正在與醫(yī)療團(tuán)體合作,用水凝膠手來攫取機(jī)器人手術(shù)中的器官。
另外一種應(yīng)用,則是用軟性機(jī)器人來環(huán)繞腸道,并規(guī)律地模仿腸道蠕動,讓食物在消化道中移動。