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脑内做手术?休斯顿大学的磁锤机器人或许可以做到

白鸽人工智能2018/01/30

智东西(公众号:zhidxcom) 编 | 白鸽 智东西1月30日消息,据IEEE Spectrum报道,一个 […]

智东西(公众号:zhidxcom)
编 | 白鸽

智东西1月30日消息,据IEEE Spectrum报道,一个小机器人能够穿过人类身体内部的组织,这听起来就像是科幻小说中的场景一样。但是,这种机器人是真实存在的,并且,它可以在未来医学中发挥重要的作用。

对这一概念进行的一项新研究表明,被称为millirobots的毫米级机器人能够对医院医用扫描仪产生的磁场变化进行响应,并以此为动力穿透山羊的脑组织。而这一成就也对生物医学的发展产生了重要作用。

许多医学研究人员已经做过关于利用磁场推动和牵引机器人在人体内移动的实验。在这种背景下,休斯顿的研究人员在一个子弹型机器人内部安装了一个“磁力锤”,这个磁力锤可以产生足够的力量来推动机器人进入动物的大脑中。

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此外,机器人体内还含有一个不锈钢珠,它可以通过磁共振成像(MRI)扫描仪产生的磁场的方向变化,推动这个钢珠在机器人体内来回移动。当移向一个方向时,此钢珠可压到机器人后面的机械弹簧,这样,在弹簧将珠子释放的时候,就可以击打机器人的前端,将机器人锤击到更深的身体组织中。

休斯顿大学电子与计算机工程助理教授阿伦·贝克尔(Aaron Becker)说:“这个机器人是由MRI系统和相对简单的材料构成,所以,它可以实现量产。”

这种机器人可以利用医院的标准的MRI扫描仪,也就是说在诊治过程中,医生在患者体内移动millirobots机器人的同时可生成患者的MRI成像。

许多研究微型医疗机器人的研究者,目前尚未在任何临床实验中使用该机器人。他们更倾向于使用定制的磁性线圈,以便更精确地控制影响机器人的磁场方向。相比之下,磁共振成像仪的磁场是固定在一个方向上,这就限制了对机器人移动方向的控制。

更复杂的是,核磁共振成像扫描仪的磁场梯度强度为每米20-40豪特,虽然能够利用它来通过血管控制小机器人进行移动,但是却不能够帮助机器人穿透身体组织。

然而,休斯顿大学的研究人员偶然发现的这个磁锤法,可以充分利用MRI扫描仪的梯度强度。并且,在设计机器人时,他们还增加了其他的功能,以增强机器人的穿透力。

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该大学的电子和计算机工程博士后,也是该项目负责人的Julien Leclerc正在思考寻找一种类似于使用箭头的方式。然后,他把三个钛刀片安装在长为50毫米、直径为7毫米的设备上。这些刀片可以使机器人通过锤击动作进入羊羔的脑组织(这一羊羔脑组织来源于当地超市)。这也意味着millirobot机器人再进行操作过程中会留下一些小伤口,其类似于用于微创手术的达芬奇机器人的探针所造成的伤口。

此外,研究人员也把一根针放在了机器人的探测端,这个针是由3D打印的热塑料性的塑料制成。而针的向后倒钩有助于将机器人固定在身体内部的组织中。因此,每次不锈钢珠滑到后端时,机器人都不会回缩。由于卫生的原因,未来的设计会使用该种类针的合成版本。

多伦多大学的机械工程助理教授埃里克·迪勒(Eric Diller)说:“以前的大部分研究都集中于在人类身体内移动机器人而不是让机器人可以穿透身体内部的组织。”他将磁力锤描述为“可以有效放大通过磁力驱动millirobots机器人力量的巧妙机制。”

迪勒说:“这种方法可以巧妙地提高峰值应力,但是用更一般的方式应用这种力量就会受到限制。由于它使用的是滑动部件,所以在摩擦力和粘附力干扰设备的情况下,缩小机器人的尺寸是非常困难的。”

蒙特利尔理工学院的教授,同时也是该机构的纳米机器人实验室主任的Sylvain Martel称:“与微创医疗方法相比,磁锤机器人能够应用在哪些医疗领域还不清楚,或许它会替代那些侵入性更强的手术。我们也正在为这项技术找寻应用途径。”

休斯顿大学的团队设想该机器人可以对一些医疗进行小规模的干预。比如在椎管内刺入囊肿或在MRI扫描仪下进行活组织检查。但是,他们也提出了一个更有野心的想法:有一天机器人会进入人类的脊柱,并通过脑脊液到达人类的大脑。Leclerc说:“你可以想象一下,机器人在大脑中进行微创手术的场景。”

在任何情况下,该团队都承认磁锤millirobots机器人都还有很长的一段路需要走,也许在进行临床实验之前可能会先在猪的身上进行实验。他们将继续调整机器人的设计,其中Leclerc研发出的最新型号的伸缩刀片,可以在将机器人拉出人体时避免造成进一步的伤害。即使设备的尺寸非常小,生物医学机器人也必须特别小心。

原文来自:IEEE Spectrum