和身体一样柔软的机器人医疗应用不伤身

等待丶非懂爱， · 发表于 2017-4-26 10:00:15

[导读]人的身体非常柔软，如果有硬的物体进入体内，不仅可能伤害组织与血管，身体的防卫系统也可能用结痂组织来包围这个物体，打乱其原本的功能。现在研究人员致力于开发柔软的机器人，可以与身体兼容，机器与身体组织接触的同时也不会影响安全。
人的身体非常柔软，如果有硬的物体进入体内，不仅可能伤害组织与血管，身体的防卫系统也可能用结痂组织来包围这个物体，打乱其原本的功能。现在研究人员致力于开发柔软的机器人，可以与身体兼容，机器与身体组织接触的同时也不会影响安全。
IEEE Spectrum便介绍了三款机器人，都使用新的材质与具备弹性驱动执行器，其中两种是植入型机器人，一款则是手术工具。
针对心脏衰竭病患设计的机器人
全球有4,100万人患有心脏衰竭疾病，他们的心脏渐渐无法胜任传送血液的任务。有些病患可以等到器官移植，有些人则辅以心室辅助器(Ventricular Assist Device;VAD)，但VAD会提高血栓的风险，因为当血液流过金属或塑料表面时，就容易形成血栓。
为了找出更好的方案，一个国际研究团队发明了一种硅胶套，会套在心脏表层，让机器人不会直接与血液接触，同时规律地挤压心脏。胶套的设计灵感来源于真实心脏肌肉的配置，内层材料采用同心环收缩，外层以螺旋方式收缩，初期的装置使用14个气动执行器。研究人员用猪做实验，该装置不仅可以侦测到心脏的跳动频率并配合，还可以取代错误的频率，让心跳稳定。
投药机器人
Columbia University的研究人员以手表设计为灵感，将其放到软性凝胶里头，形成一个生物兼容的机器人，会自行计算时间，并从身体内部进行投药。
Columbia University生物医学工程教授Samuel Sia使用一种简单的软性凝胶装置，里面填充铁的奈米颗粒，让研究人员可以从外部用磁铁来调整。预定时间一到，装置内部就会与开口连成一线，里面的药物就能流出。
在癌症治疗中，这样一来得以局部进行化疗，让身体其他部位免于受药物影响。研究人员在老鼠的实验中发现，相较于传统疗法，使用这种机器人可以杀死更多癌细胞，对其他细胞的影响则较小。另外，透过外部控制器，医生也可以在适当时机投药。
柔软的抓取机器人
为了避免不必要的伤害，外科医师会使用不同的工具来开刀，可能使用一种工具来处理脂肪组织，而使用另外一种工具来切除肿瘤。现在有了新研发的软式工具，有助于手术进行。
麻省理工学院(MIT)机械和环境工程副教授Xuanhe Zhao设计了一系列由水凝胶制成的机器人小工具，每一个环节都采用中空设计，里面有互相连结的立方体。装置启动后，注射器会将水注入机器人，使其卷曲或拉伸，产生快速有力的动作。
类似五指手掌的抓取机器人，可以抓住游泳的金鱼，充分展现其灵活性，而被抓到的鱼则毫发无伤。 Zhao的团队现在正在与医疗团体合作，用水凝胶手来攫取机器人手术中的器官。
另外一种应用，则是用软性机器人来环绕肠道，并规律地模仿肠道蠕动，让食物在消化道中移动。