栗子 魚羊 發(fā)自 凹非寺

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人類大腦里，血管又細(xì)又曲折，管壁還很脆弱。

于是，一旦發(fā)生血管栓塞，醫(yī)生要小心翼翼把導(dǎo)管插到精確的位置，再用激光去除血栓。

操作很難一次成功，手術(shù)過程漫長(zhǎng)艱辛。

但現(xiàn)在，MIT團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一只新的機(jī)器人，就是這條優(yōu)雅的黑線：

細(xì)長(zhǎng)柔軟的它，在狹窄蜿蜒的通道里，也能快速自如地穿梭，大角度轉(zhuǎn)彎都難不倒。

一個(gè)秘密是，機(jī)器人的內(nèi)心是磁力驅(qū)動(dòng)的。

從前，醫(yī)生直接動(dòng)手插入導(dǎo)管，碰到急轉(zhuǎn)彎就很難操作，進(jìn)度緩慢；而磁驅(qū)動(dòng)的機(jī)器人，頭部可以快速轉(zhuǎn)向，更順利地到達(dá)目的地。

另一個(gè)秘密，是機(jī)器人的水凝膠皮膚，把摩擦力降到了原來(lái)的1/10，也是車速加快的關(guān)鍵。

外表柔軟，內(nèi)心堅(jiān)定。清除血栓，可以變得更快更精確。

把這樣的機(jī)器人用在微創(chuàng)手術(shù)里，可以降低對(duì)醫(yī)生經(jīng)驗(yàn)的要求，也可能通過遠(yuǎn)程控制，在醫(yī)療資源匱乏的地區(qū)派上用場(chǎng)。

于是，它登上了最新一期的Science Robotics。

外表柔軟，內(nèi)心堅(jiān)定

團(tuán)隊(duì)說，雖然傳統(tǒng)的導(dǎo)絲，也是在里面用了金屬合金，在外面涂了聚合物；

但這樣的材料會(huì)產(chǎn)生摩擦力，再加上機(jī)械的驅(qū)動(dòng)方式，如果卡在一個(gè)狹窄的空間，很容易破壞血管的內(nèi)壁。

所以，驅(qū)動(dòng)和摩擦，這兩個(gè)問題都要解決。

首先，團(tuán)隊(duì)想到了磁力控制。團(tuán)隊(duì)在柔軟有彈性的、鎳鈦合金的油墨 (Ink) 里，加入了釹鐵磁：

你看，左邊是沒有額外添加磁性的油墨，畫成了一灘泥；右邊加上磁性，就站起來(lái)了。

這便是機(jī)器人內(nèi)在的材質(zhì)。下一步要解決外在的皮膚。

開始，團(tuán)隊(duì)是用普通的橡膠膏 (Rubber Paste) 來(lái)做涂層，但這種材料會(huì)影響機(jī)器人對(duì)磁力的反應(yīng)。

后來(lái)，研究人員選擇了水凝膠，它除了不會(huì)讓機(jī)器人對(duì)磁力的反應(yīng)變?nèi)?，還擁有平滑的表面，可以把摩擦力降到原來(lái)的1/10。

另外，水凝膠的生物相容性，對(duì)人體也更加友好。

用這兩種材質(zhì)造出的機(jī)器人，感受到不同的磁場(chǎng)，就能實(shí)現(xiàn)不同程度的轉(zhuǎn)彎：

你看，水凝膠皮膚 (左) 與普通皮膚的機(jī)器人相比，速度快了許多：

只要在頭部加上激光，就可以用來(lái)清除血栓。另外，定點(diǎn)給藥也可以達(dá)成。

那么問題來(lái)了，內(nèi)外這兩種材質(zhì)，是怎么變成機(jī)器人的呢？

這只軟體機(jī)器人是用3D打印技術(shù)制作。

不同于熔融的熱塑性聚合物的常規(guī)擠壓，3D打印不需要通過加熱來(lái)溶解、流化油墨。磁化油墨的剪切稀化（假塑性）表現(xiàn)使得復(fù)合油墨在加壓后能輕松擠出，并且屈服應(yīng)力的存在能使油墨保持形狀，形成一條線，而不是變成一灘糊糊。

當(dāng)需要額外的機(jī)械支撐或功能時(shí)，可以通過注射成型技術(shù)將功能核心結(jié)合到機(jī)器人的“身體”當(dāng)中。

此外，由于鐵含量高，鐵磁合金容易被腐蝕。

為了防止嵌入的釹鐵硼顆粒在與水凝膠皮膚的水合界面處被腐蝕，研究團(tuán)隊(duì)在顆粒周圍涂上了一層薄二氧化硅。

顆粒形成交聯(lián)的二氧化硅殼，厚約10nm，能有效地抗擊腐蝕。

仍在進(jìn)化中

甫一出生，這條“線”已經(jīng)展現(xiàn)出了巨大的潛力。

首爾國(guó)立大學(xué)軟體機(jī)器人未來(lái)科技中心主任Kyu-Jin Cho評(píng)價(jià)說：

這個(gè)機(jī)器人設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，比起傳統(tǒng)的商業(yè)導(dǎo)管來(lái)說，也更穩(wěn)定，更安全。對(duì)于腦科醫(yī)生而言是能解決大問題的。

不過，雖然潛力無(wú)窮，這個(gè)機(jī)器人還是進(jìn)化中的狀態(tài)。團(tuán)隊(duì)表示，未來(lái)可期，仍需努力。

首先，團(tuán)隊(duì)希望在下一步工作中，給機(jī)器人加入精準(zhǔn)傳感器，實(shí)現(xiàn)微流體給藥，超聲以及電治療功能。

而更重要的，是實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。

就像他們一開始所設(shè)想的那樣，團(tuán)隊(duì)希望在這款機(jī)器人的幫助下，醫(yī)生不必靠近放射源，也能在復(fù)雜血管中進(jìn)行快速導(dǎo)航和微創(chuàng)手術(shù)。

這樣一來(lái)，就避免了X射線反復(fù)輻射對(duì)醫(yī)生造成的傷害。

更重要的一點(diǎn)是，這能讓那些身在醫(yī)療資源缺乏地區(qū)的患者，也能及時(shí)接受治療。

要知道，如果患者能在急性中風(fēng)的前90分鐘得到治療，生存率能明顯提高。

論文一作Yoonho Kim希望結(jié)合現(xiàn)有的磁性技術(shù)血管手術(shù)方法來(lái)快速實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)。

現(xiàn)有的技術(shù)可以在施加磁場(chǎng)的同時(shí)，對(duì)患者進(jìn)行透視檢查，如此一來(lái)，醫(yī)生可以在另一個(gè)房間，甚至在不同的城市，用操縱桿來(lái)控制磁場(chǎng)，引導(dǎo)我們的體內(nèi)機(jī)器人完成手術(shù)。

MIT團(tuán)隊(duì)

機(jī)器人的創(chuàng)造者們來(lái)自麻省理工學(xué)院華人教授趙選賀的團(tuán)隊(duì)。

論文通訊作者趙選賀教授本科畢業(yè)于天津大學(xué)，此后先后在不列顛哥倫比亞大學(xué)和哈佛大學(xué)求學(xué)，拿下了哈佛大學(xué)的機(jī)械工程博士學(xué)位。

他專注于軟材料和生物電子學(xué)的研究，有關(guān)磁驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)復(fù)雜3D形狀之間快速轉(zhuǎn)換的論文曾登上過Nature封面。

論文一作則是來(lái)自韓國(guó)的Yooho Kim。

Yooho Kim小哥以優(yōu)異的成績(jī)從韓國(guó)首爾大學(xué)畢業(yè)，目前正師從趙選賀教授攻讀博士，研究方向包括軟活性材料的制造與設(shè)計(jì)，軟材料力學(xué)，以及用于生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用的非常規(guī)軟機(jī)器人。

論文的其他作者還包括German Parada和清華大學(xué)的訪問學(xué)生劉圣鐸。

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論文地址：

https://robotics.sciencemag.org/content/4/33/eaax7329/tab-pdf

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