三个像人一样柔软的医疗机器人

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人体的内部大部分是可延展的(是的,这是一个技术术语),而我们柔软的内部并不总是能应付刚性物体在其中的放置。 尖角会损坏器官和血管,人体的防御系统可能会用疤痕组织包围外星物体,并阻止其履行分配给它的功能。 研究人员正在研究制造更易于人体接受的软机器人 ,这将使机器与组织紧密互动,而不会影响安全性。

展示的三个实验机器人是为不同目的而设计的-其中两个是植入物,第三个是外科医生的潜在工具。 但是它们都向我们展示了一种更为精致的机器人,这要归功于新材料和灵活的执行器。

拥抱心


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在全球4100万人的乳房中,衰竭的心脏逐渐失去效力,从而完成了抽血的重要任务。 一些心脏衰竭患者在移植等待名单上,而另一些患者则使用金属泵,心室辅助设备( VAD )。 但是当流体沿着金属或塑料表面流动时,VAD的存在会增加出现血块的风险。

为了寻找更好的泵,一个国际研究人员团队制造了一个硅胶套 ,该硅胶套从外面拥抱心脏,保护血液免受与有节奏地压缩心脏的机器人的接触。 袖子的设计灵感来自心脏的肌肉结构。 它的内层使用同心环压缩,外层像螺旋形。 在开发的早期阶段,该设备使用了14个气动致动器(同心层中有6个,螺旋形中有8个),它们与气泵分开工作-这使实验人员可以检查各种压缩模式。 在对活猪进行的一项实验中,研究人员表明,该设备可以识别并匹配心脏的自然节律,设置一个均匀的节律来纠正不可靠的收缩。

爱尔兰国立大学的博士后合著者海伦·罗奇Helen Roche)认为 ,软机器人不仅有能力支撑故障的身体。 9月,她将转到MIT并开始担任机械工程高级讲师的工作。 她说:“通过复制器官的自然特性,您更好地可以帮助它-也许您可以尝试使其复原或帮助其恢复功能。” “如果您仅承担其所有职能,他将不会感觉更好。”

服药


在考虑瑞士天文钟表时,不太可能首先想到“软”和“可恶”这样的​​形容词,因此哥伦比亚大学的研究人员凭借其创造性的方法而获得前五名。 他们在软水凝胶中复制了马耳他的时钟机制后,创建了一个生物兼容的机器人 ,可以计算时间并在体内释放药物的剂量。



哥伦比亚大学生物医学工程教授塞缪尔·西亚Samuel Sia)创建了一个基于手表的生物机器人,该手表带有一个嵌入铁纳米颗粒的简单水凝胶齿轮。 这使研究人员可以使用外部磁体旋转它。 随后的每次咔嗒声打开一个能够释放一定剂量流体的中空腔。 Sia建议在癌症治疗中,此类植入物可提供局部放化疗药物,以消除体内其他药物的毒性作用。 在对患有骨癌的小鼠进行了测试之后,他发现与典型的化学疗法系统相比,这种生物机器人所递送的药物杀死了更多的肿瘤细胞,并为身体其余部位节省了更多的细胞。 此外,由于有外部控制面板,可以根据医生的要求确定剂量。

Sia说,最困难的部分是获得完美的材料,不要太软,也不要太硬。 他说:“我不想失去水凝胶的令人愉悦的特性,但是如果将材料像水母一样压缩,则不会用它制造机器人。” “它必须足够坚固才能像微型植入机一样工作。”

轻轻地抓


现代外科医生使用许多不同的工具来处理您的内部器官。 例如,一种工具可用于移走脂肪层,另一种工具可切除肾脏上的肿瘤。 外科医生谨慎地尝试避免对娇嫩的肉造成不必要的损害,并且使用Xuanhe Zhao的软工具可能更容易实现这一目标。



麻省理工学院的副教授赵教授专门研究各种机制,并开发了几种机器人水凝胶装置 ,每个装置都是交错的空心立方体。 为了激活该设备,注射器以不同的方式将水倒入机器人中,从而使机器人伸直或扭曲,从而产生快速而强劲的运动。 一个这样的机器人,类似于五手指的手,抓住了一条漂浮的金鱼,然后放开它而没有对其造成伤害,从而展示了它的艺术。 Zhao的团队正在与医学研究人员合作,制造可以在机器人手术期间握住器官的水凝胶“手”。

该技术的另一种应用可以是机器人绕肠旋转并有节奏地压缩肠胃,模仿蠕动的波状运动,促进沿消化道的食物。 看来明天的软机器人可以抓住体内的任何东西。

Source: https://habr.com/ru/post/zh-CN403555/


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