陈根：磁性触手机器人，为生物医学应用提供更多可能

文/陈根

由于微型软体机器人可以主动改变自身的形状以实现更加灵活的运动和操作，因而十分擅长在小尺寸且空间受限的环境中工作，这一独特的优势将使得他们被广泛地运用在生物医学领域。

其中，磁驱动又是目前控制软体机器人最流行的方法之一，因为磁驱动具备可以远程无线控制、响应快速且易于实现的优势。

基于此，近日，利兹大学STORM实验室的科学家、临床医生和工程师组成的研究小组报告，他们开发了一种“磁性触手机器人”，直径只有2毫米，可由患者体外的磁铁引导到达肺部最小的支气管处。其中，概念的证明是基于实验室测试，包括从解剖数据建模的支气管树的3D复制品。

为了开发机器人系统，研究团队必须克服两大挑战。首先，必须制造一种小巧灵活的设备，能够在支气管树的解剖结构中曲折穿行。其次，需要一个自主系统来引导磁性触手机器人就位，以消除医生手动操作器械就位的麻烦，因为这通常需要患者暴露在X光下，而且对医务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，同时保持运动的可控性，研究人员用一系列相互连接的圆柱段制造了它，每段直径2毫米，长度约80毫米。这些圆柱段是由柔软的弹性体或橡胶状材料制成的，其中已经注入了微小的磁性颗粒。

由于磁性颗粒的存在，在外部磁场的作用下，相互连接的片段可以在某种程度上独立运动。其结果是产生了一种高度灵活的磁性触手机器人，它能够变形，并且足够小，可以避免卡在肺部的解剖结构上。

负责该研究的Pietro Valdastri教授表示：“一个尺寸为2毫米的磁性触角机器人或导管，其形状可以通过磁力控制以符合支气管树的解剖结构，可以到达肺部的大多数区域，并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。我们的系统使用了一个自主的磁导系统，在进行手术的同时，不需要对病人进行X光检查。”

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

关键词： 解剖结构 支气管树 相互连接 生物医学 肺部疾病