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哈佛毫米級微型機器人有望進入人體進行治療

近日,哈佛大學的一個研究團隊在機器人領(lǐng)域取得了重大突破,借助全新的制造技術(shù)創(chuàng)造出一個微型蜘蛛機器人,今后有望應(yīng)用于醫(yī)學領(lǐng)域。這些“蜘蛛”有一天會爬進你的體內(nèi),幫助修復(fù)組織或破壞腫瘤。該團隊的創(chuàng)新設(shè)計不僅有效減少侵入性外科手術(shù),在醫(yī)學領(lǐng)域做出重大改變,還可以從工業(yè)設(shè)施的維護到拯救災(zāi)民等各方面產(chǎn)生影響。

到目前為止,大多數(shù)先進的小型機器人都采用某種特定的模式:它們均為厘米級機器人,通常只有一個自由度,這意味著它們只能促成一種特定的運動形狀或類型的變化。由Harvard’s Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering(哈佛大學威斯生物啟發(fā)工程研究所),(以下簡稱威斯研究所,簡稱威斯研究所)、John A. Paulson工程與應(yīng)用科學學院(SEAS)和波士頓大學的科學家聯(lián)合研發(fā)的這款新型機器人并非如此。新型蜘蛛機器人為毫米級別,且由柔性材料制成,易于借助氣動和液壓動力移動,因此,該機器人具有前所未有的18個自由度。

相比其他同類產(chǎn)品,此款蜘蛛機器人更加小巧、靈活——對研發(fā)能在人體內(nèi)進行相關(guān)操作的機器人的過程而言,這無疑是里程碑式的一步。

工程師表示新技術(shù)MORPH是Microfluidic Origami for Reconfigurable Pneumatic / Hydraulic的首字母縮寫。使用這項全新的技術(shù)制造蜘蛛或其他機器人生物的過程,主要涉及三種不同的技術(shù)。首先,利用微型激光切割出12層材料,相互粘合形成蜘蛛的身體和手臂。其次,借助軟光刻技術(shù)在這些層內(nèi)繪制了一個復(fù)雜的微觀通道網(wǎng)絡(luò);在感知到氣動或液壓動力時,這些微型“脈絡(luò)”可促成蜘蛛的移動。最后,。為了達到其最終形狀,這些微流體通道中的一些通過可固化樹脂加壓。當用來自外部的UV光照射時,樹脂硬化并使較軟的層永久地彎曲成所需的形狀。

根據(jù)該研究的作者之一希拉·魯索(Sheila Russo)的說法,他們的“小怪物”蜘蛛可以改變自身的結(jié)構(gòu),可移動,甚至可以改變顏色。此毫米級蜘蛛機器人外形色彩多樣,其肢體能夠借助水或者酒精來驅(qū)動并模擬澳大利亞孔雀蜘蛛的表現(xiàn)。

雖然對這款機器人的表現(xiàn)很有自信,波士頓大學的助理教授兼創(chuàng)造者之一的Tommaso Ranzani表示,它目前的形式并非針對醫(yī)療應(yīng)用而設(shè)計,更像是一種能力的展示。他在郵件中提到:“我們相信軟體機器人在減少風險、進行微創(chuàng)手術(shù)任務(wù)方面有著巨大的潛力;蛟S在將來的某一天,這些軟體機器人會替代傳統(tǒng)手術(shù)工具,一躍成為“操縱、與身體最脆弱組織(例如靜脈、動脈甚至神經(jīng))相互作用”的理想選擇。他們還可以服用藥物或做或組織檢查。

但Ranzani認為類似的微型機器人也有可能對環(huán)境有所幫助,可用于維護工業(yè)設(shè)施,甚至協(xié)助太空探索。他表示:“‘蜘蛛機器人’是軟體機器人研發(fā)道路上的第一項成果。我們相信它將會推進新一代微型軟體機器人的發(fā)展,新一代機器人將借助其微型、可變形、彈性的外觀,探索高度非結(jié)構(gòu)化、復(fù)雜的環(huán)境,被廣泛應(yīng)用于人體內(nèi)部對組織進行安全、精細的操作,以執(zhí)行搜索、搶救等醫(yī)療任務(wù)!

想象一下,未來某一天,一大群機器人在清理火箭發(fā)動機并固定微型飛行器,或在被地震摧毀的建筑物中尋找幸存者并提供急救——甚至只是進行一次清理以清除人體內(nèi)堵塞的動脈。多么神奇的畫面啊,相信大家對這款蜘蛛機器人的期待值已經(jīng)爆表了。

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