機器人視界｜微型機器人 助力精準醫療

2020-12-02 好蘿蔔網

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在《未來簡史》一書中，尤瓦爾指出，人類的任何行為都是基於某個算法下的結果。這意味著，一旦這些算法被人們掌握並應用於現實，如機器人的升級製造，機器人或將可以通過圖靈測試，成為有意識的有機生物，又或者是人類將已掌握的算法應用於各種微型儀器或微型機器人並應用於人類身體，通過網際網路連接運轉，使人類自己升級為「智神」。

目前，雖然還無法實現超物種變身，但是人工智慧系列產品已取得一系列驕人成果。後疫情時代，零接觸的市場剛需將以機器人為主的人工智慧系列產品推上更高的舞臺。據天眼查數據顯示，今年前三季度，僅我國新增的機器人相關企業便超過4.7萬家，同比增長56%，其中，醫療機器人的發展表現出良好強勁態勢。

《中國醫療機器人行業發展現狀和市場前景》一文指出，現在的醫療機器人產品與日俱增，如陪護機器人、手術機器人等，儘管醫療機器人產業鏈尚未完全成熟，但許多科研機構或科技企業便已經開始思考，下一代醫療機器人將會是什麼樣。

微型機器人或許可以給出答案。很多研究機構和科技企業已經在積極推動醫療機器人的小型化和柔性化，希望藉此進一步豐富醫療機器人的應用範圍，為一些微觀場景的醫療診治提供幫助。


微型機器人應用價值——助力精準醫療

微型機器人在醫療領域中的應用主要包括治療、手術、診斷和醫學成像，每一個應用都旨在應對醫學中的不同挑戰。例如，能動的微型/納米機器人可以直接遊入目標區域並傳遞精確劑量的治療有效載荷，因此，在降低副作用的同時保持其治療功效，這是使用具有低定位功效的被動給藥方法時的常見問題。

另一方面，使用微型/納米機器人進行手術可能會到達無法通過導管或侵入性手術到達的身體區域，從而可以對組織進行採樣或將治療有效載荷深入患病組織。微型機器人外科醫生的使用可以幫助減少侵入性手術，從而減少患者不適和術後恢復時間。

基於機器人超微的外形及前沿技術加速發展，微型機器人將在精準醫療方面得到廣泛應用，未來，許多疾病或將通過微小的機器人在血液中遊走、輸送藥物等來治療。

微型機器人研究成果——藥物輸送

在使用微型機器人輔助醫療，將藥物直接送到人體目標部位時，容易在藥物傳輸過程中造成藥物沿途於其他器官接觸引發不良反應，如胃出血或影響猶豫結腸等器官的自主運動。要使微型機器人在醫療應用上步入正軌，實現醫療精準，需首要解決微型機器人難以保持原定軌跡運輸藥物到目標部位這一難題。

近日，普渡大學在Micromachines期刊發表研究，首次證明微型機器人可以通過後翻滾等動作，避免生物系統運動對藥物運輸的影響，並已經在動物實驗中驗證成功。通過對微型機器人施加旋轉的外部磁場控制其行動軌跡，另外，該微型機器人配有防止藥物脫落的聚合物塗層，在人工引導下，微型機器人不僅可以抵達目標位置，同時可以在規定的時間內完成藥物釋放動作。

研究人員稱，該微型機器人除了可以作為藥物輸送工具外，還可以作為診斷工具，通過微型機器人進行檢測，可以防止腸鏡檢查所帶來的不適。

微型機器人研究成果——輔助手術


微型機器人在醫療領域的第二個應用表現為充當手術協助者和實施者的角色，通過對人體內部細緻的監測協助醫生更好開展手術，或者自身進行微創手術。

今年5月份，由同濟大學牽頭建設的上海自主智能無人系統科學中心微納無人系統團隊經醫工理深度融合、聯合攻關研發出了一款可用於醫療靶向微血管溶栓仿生微型手術機器人。

心血管疾病死亡率和致殘率高，嚴重威脅著人類健康，大尺寸血管的血栓可置管溶栓，而對微血管血栓卻束手無策。而通過體積微小、載有溶栓劑藥物的仿生手術機器人，在外加磁場的指揮下，聚集在血栓部位，產生熱和力場，成為高效的微血管血栓清道夫。

值得注意的是，單個微型機器人往往無法滿足醫療應用的要求，需要通過操控微型機器人群實現集群效應，來滿足生物醫用劑量的需求。因此，開發新型的具有生物相容性、能有效驅動和精準控制以及集群操控能力的新型軟體醫療微型機器人，是未來研究的熱點問題。


微型機器人發展亟待解決的三大難題


目前各國對於微型機器人的發展仍處於初級階段，其作為一個小而新的機器人細分領域，以下三個關鍵問題亟待解決。

一是驅動器微型化問題。微驅動技術是體現微型機器人水平的標誌，目前，滿足能耗低、結構簡單、易於微型化、位移和力輸出較大、動作響應快、線性控制性能好等要求的驅動器還無法實現，未來仍需加大研究。

二是能源供給問題。當前，微型機器人中的很多執行機構普遍採用電驅方式，供應能源的導線經常會對機器人的運動造成影響，未來能源供應的無纜化將是重要趨勢。要實現無纜化，就必須解決無纜微波能源和無纜數據傳輸技術，同時研發小尺寸的高容量電池。

三是安全性問題。微型機器人不管是應用於人體還是管道之中，所處的環境對可靠性和安全性要求都比較高，這就需要微型機器人在材料、功能和技術等方面做出適應，確保作業的安全性，並保證自身的排障功能。

素材參考來源於

智東西，騰訊網，CSDN，中國新聞網等

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