磁性触手机器人,为生物医学应用提供更多可能(纳米机器人在医学中的应用)

文/陈根

微软机器人能够主动改变自身形状,实现更加灵活的运动和操作,非常适合在体积小、空间有限的环境中工作。这种独特的优势将使它们广泛应用于生物医学领域。

其中,磁驱动是目前控制软机器人最流行的方法之一,因为磁驱动具有远程无线控制、响应快、易于实现等优点。

基于此,近日,由利兹大学风暴实验室的科学家、临床医生和工程师组成的研究团队报告称,他们开发出了一种直径仅为2mm的“磁性触手机器人”,可以通过患者体外的磁铁将其引导至肺部最小的支气管。其中,概念的证明基于实验室测试,包括从解剖数据建模的支气管树的3D复制品。

磁性触手机器人,为生物医学应用提供更多可能(纳米机器人在医学中的应用)

为了开发机器人系统,研究团队必须克服两大挑战。首先必须做一个小巧灵活的装置,可以蜿蜒穿过支气管树的解剖结构。其次,需要一个自主系统来引导磁性触手机器人就位,从而免去医生手动操作仪器就位的麻烦,因为这通常需要患者接受X射线照射,对医护人员来说可能在技术上具有挑战性。

为了减小机器人的尺寸,同时保持其运动的可控性,研究人员用一系列相互连接的圆柱段制作了它,每段直径为2mm,长度约为80mm。这些圆柱形部分由柔软的弹性体或类似橡胶的材料制成,其中注入了微小的磁性颗粒。

由于磁性粒子的存在,在外部磁场的作用下,相互连接的片段可以在一定程度上独立运动。结果是一个高度灵活的磁性触手机器人,它可以变形,小到足以避免卡在肺部的解剖结构中。

磁性触手机器人,为生物医学应用提供更多可能(纳米机器人在医学中的应用)

负责这项研究的Pietro Valdastri教授说:“一个尺寸为2mm的磁性天线机器人或导管,其形状可以通过磁力控制,以符合支气管树的解剖结构,可以到达肺部的大部分区域,将成为调查和治疗可能的肺癌和其他肺部疾病的重要临床工具。我们的系统使用独立的导磁系统,在进行手术时不需要对患者进行x光检查。”

现在,磁性触手机器人可以提供比目前用于探查肺部小支气管的支气管镜和导管或细管过程更多的可操作性,这也将为诊断和治疗带来更多的便利。

原标题:陈根:磁性触手机器人,为生物医学应用提供更多可能

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