摺紙式微型機器人可以開啟外科機器人的新時代
在過去的半個世紀裡，微創腹腔鏡手術使外科醫生能夠使用工具，將微型攝像機插入小切口進行手術，這使得手術過程對患者和醫生都更加安全。
最近，手術機器人開始出現在手術室，允許外科醫生比傳統技術更精確、靈活和可控地同時操作多種工具，從而為外科醫生提供進一步的幫助。
然而，這些機器人系統非常大，通常佔據整個房間，它們的工具可能比它們操作的脆弱組織和結構大得多。
懷斯大學副教授羅伯特伍德博士與索尼公司的機器人工程師鈴木裕之合作，創造了一種新的摺紙啟發的微型遙控操作器(「迷你遙控操作器」)，將手術機器人技術縮小到微型規模。
正如最新一期的《自然機器智能》(自然機器智能)所描述的那樣，這個機器人只有網球那麼大，一便士那麼重，並且已經成功地完成了一項艱巨的模擬手術任務。
參與哈佛和索尼合作的鈴木說：「伍德實驗室在製造微型機器人方面的獨特技術能力在過去幾年裡帶來了許多令人印象深刻的發明，我堅信在醫療機器人領域也有可能取得突破。」2018年，他開始與伍德合作開發小型遙控潛水器。"這個項目取得了巨大的成功."
微型機器人，用於微任務
為了製造一個微型手術機器人，鈴木和伍德求助於伍德實驗室開發的彈出式微機電系統製造技術，該技術將材料沉積在彼此之上，然後根據特定的圖案進行雷射切割，使所需的三維形狀「彈出」，就像兒童的彈出式圖畫書一樣。
這項技術極大地簡化了小型複雜結構的大規模生產，否則這些結構必須用手工仔細製造。
該團隊創建了一個平行四邊形形狀作為機器人的主要結構，然後製造了三個線性致動器來控制機器人的運動：一個平行於平行四邊形底部的升降機，一個垂直於平行四邊形底部的升降機。平行四邊形旋轉它，並在平行四邊形的頂端伸出或縮回使用中的工具。
因此，機器人比以前學術界開發的其他顯微外科手術設備更小更輕。
迷你洛杉磯本身就是一個微型奇蹟，它是圍繞壓電陶瓷材料建造的。當施加電場時，壓電陶瓷材料會改變形狀。
形狀的改變像火車上的火車一樣，推動迷你洛杉磯的「旅行者單元」沿著它的「軌道單元」，並使用線性運動來移動機器人。
由於壓電材料在改變形狀時會發生固有的變形，該團隊還將基於發光二極體的光學傳感器集成到迷你機器人中，以檢測和糾正任何偏離所需運動的情況，例如由手抖動引起的偏差。
比外科醫生的手更堅固
為了模擬遠程手術，研究小組將微型遙控接收器連接到幻影全向設備，該設備根據用戶控制筆工具的手的運動來操作微型遙控接收器。
他們的第一項測試評估了人類跟蹤顯微鏡的能力。正方形比原子筆尖小，可以用顯微鏡觀察，也可以用手動跟蹤或微型遙控接收器跟蹤。
小型RCM測試大大提高了用戶的精確度，與人工操作相比，誤差減少了68%——考慮到修復小型人體結構所需的精確度，這一點尤其重要。
在顯微視網膜掃描術在追蹤測試中取得成功後，研究人員隨後創建了一個名為視網膜靜脈插管的模擬程序，在該程序中，外科醫生必須小心地將針頭插入眼睛，以便將治療劑注入背部的微小靜脈。眼球。
他們製作了一個與視網膜靜脈大小相同的矽膠管(大約是人類頭髮厚度的兩倍)，並在沒有造成局部損傷或破壞的情況下，成功地用一根針將矽膠管固定在微型視網膜中央動脈的末端。
微型RCM體積小，不僅可以進行精細的外科手術，而且還有另一個重要的優點：它易於安裝和安裝，當出現併發症或電源故障時，它可以很容易地用手將機器人從患者體內取出。
彈出式微機電系統方法已被證明在許多需要小型但複雜的機器的領域中是一種有價值的方法，並且非常高興知道它有潛力提高手術的安全性和效率，從而使手術更安全。伍德說，他也是哈佛大學約翰保爾森工程和應用科學學院(SEAS)的查爾斯河工程和應用科學教授。
研究人員旨在增加機器人執行機構的力，以覆蓋操作過程中遇到的最大力，並提高其定位精度。
他們還在研究在加工過程中使用更短脈衝的雷射，以提高微型雷射器的傳感解析度。
伍德實驗室和索尼之間的這種獨特合作說明了將現實世界中的行業焦點與學術創新精神相結合的好處。我們期待這項工作在不久的將來對手術機器人產生影響。懷斯研究所的創始主任唐英博博士說，他也是哈佛醫學院和波士頓兒童醫院的福克曼生物學教授，以及SEAS大學的生物工程學教授。