MIT线形机器人灵活穿行脑血管，还能轻松急转弯：华人教授团队出品，登上Sci

xujiahui

栗子 鱼羊 发自 凹非寺 
2 j' q9 a+ V& H5 r量子位 报道 | 公众号 QbitAI
* O6 j( t! Q# ^' A
& I* |8 e5 B) [+ ^0 }/ k

人类大脑里，血管又细又曲折，管壁还很脆弱。

于是，一旦发生血管栓塞，医生要小心翼翼把导管插到精确的位置，再用激光去除血栓。

2 {2 n( x. @  J- [

操作很难一次成功，手术过程漫长艰辛。

+ K. G: G+ h& T1 r! X! H" V$ {

但现在，MIT团队开发了一只新的机器人，就是这条优雅的黑线：

. ]1 X1 [' z" u6 ]* G0 J( S) H

4 I5 D  z3 Y3 Q

细长柔软的它，在狭窄蜿蜒的通道里，也能快速自如地穿梭，大角度转弯都难不倒。

一个秘密是，机器人的内心是磁力驱动的。

从前，医生直接动手插入导管，碰到急转弯就很难操作，进度缓慢；而磁驱动的机器人，头部可以快速转向，更顺利地到达目的地。

2 W8 G8 F- E, F( n

* g" l0 A! I. A% F! Z7 b; A

另一个秘密，是机器人的水凝胶皮肤，把摩擦力降到了原来的1/10，也是车速加快的关键。

外表柔软，内心坚定。清除血栓，可以变得更快更精确。

5 p# @3 w- J) @+ P( I0 e- S

把这样的机器人用在微创手术里，可以降低对医生经验的要求，也可能通过远程控制，在医疗资源匮乏的地区派上用场。

. f1 V2 t6 D$ [9 c

于是，它登上了最新一期的Science Robotics。

7 j5 J) z0 `" }2 l$ [4 ^6 R外表柔软，内心坚定
" j5 h4 D! B; p5 q1 z

团队说，虽然传统的导丝，也是在里面用了金属合金，在外面涂了聚合物；

* [/ s; X7 s+ y; [& V& W

但这样的材料会产生摩擦力，再加上机械的驱动方式，如果卡在一个狭窄的空间，很容易破坏血管的内壁。

所以，驱动和摩擦，这两个问题都要解决。

7 i; A) d7 z3 f8 V

首先，团队想到了磁力控制。团队在柔软有弹性的、镍钛合金的油墨 (Ink) 里，加入了钕铁磁：

% W, x& a2 Z8 d" R

你看，左边是没有额外添加磁性的油墨，画成了一滩泥；右边加上磁性，就站起来了。

; U6 R  L, {- k( @9 D5 x

这便是机器人内在的材质。下一步要解决外在的皮肤。

  ]  B% I/ @7 x+ S0 G/ y

开始，团队是用普通的橡胶膏 (Rubber Paste) 来做涂层，但这种材料会影响机器人对磁力的反应。

后来，研究人员选择了水凝胶，它除了不会让机器人对磁力的反应变弱，还拥有平滑的表面，可以把摩擦力降到原来的1/10。

+ K  G5 J' U' J8 ^

另外，水凝胶的生物相容性，对人体也更加友好。

6 ]; B8 G- P5 L( [. `! z4 G

用这两种材质造出的机器人，感受到不同的磁场，就能实现不同程度的转弯：

7 x9 H0 E7 j/ [8 T

你看，水凝胶皮肤 (左) 与普通皮肤的机器人相比，速度快了许多：
: e1 Z$ k# k* x. U$ ^$ `

只要在头部加上激光，就可以用来清除血栓。另外，定点给药也可以达成。

8 z2 f+ A3 W' _4 p

那么问题来了，内外这两种材质，是怎么变成机器人的呢？

这只软体机器人是用3D打印技术制作。

/ U# E. z) R6 z, U

0 M& X& P3 ]/ i+ ^

不同于熔融的热塑性聚合物的常规挤压，3D打印不需要通过加热来溶解、流化油墨。磁化油墨的剪切稀化（假塑性）表现使得复合油墨在加压后能轻松挤出，并且屈服应力的存在能使油墨保持形状，形成一条线，而不是变成一滩糊糊。
2 i: ?+ A# x6 }6 L/ D! L. P

. h1 L; G% a- X

当需要额外的机械支撑或功能时，可以通过注射成型技术将功能核心结合到机器人的“身体”当中。

此外，由于铁含量高，铁磁合金容易被腐蚀。

# N1 J5 \' S8 q$ t8 X* }+ m; S

为了防止嵌入的钕铁硼颗粒在与水凝胶皮肤的水合界面处被腐蚀，研究团队在颗粒周围涂上了一层薄二氧化硅。

% ~) p2 A; e% K& Z8 }$ B% d

颗粒形成交联的二氧化硅壳，厚约10nm，能有效地抗击腐蚀。

8 F2 _% E5 V5 P$ e仍在进化中
3 E% P0 Q# Y$ t3 u7 i2 |
* \8 @3 k# d7 r1 @7 H

甫一出生，这条“线”已经展现出了巨大的潜力。

! s& e! q& b1 q- z# b8 x2 z7 M, P- D

首尔国立大学软体机器人未来科技中心主任Kyu-Jin Cho评价说：

- ?* f9 |  _0 o& o/ t6 @

这个机器人设计简单，比起传统的商业导管来说，也更稳定，更安全。对于脑科医生而言是能解决大问题的。

不过，虽然潜力无穷，这个机器人还是进化中的状态。团队表示，未来可期，仍需努力。

首先，团队希望在下一步工作中，给机器人加入精准传感器，实现微流体给药，超声以及电治疗功能。

4 B& n/ Y9 _5 y; l9 M9 C+ |# y; z

) f. ~- j* o6 ^

而更重要的，是实现远程控制。

3 _1 [  X4 Y$ N

就像他们一开始所设想的那样，团队希望在这款机器人的帮助下，医生不必靠近放射源，也能在复杂血管中进行快速导航和微创手术。

这样一来，就避免了X射线反复辐射对医生造成的伤害。

更重要的一点是，这能让那些身在医疗资源缺乏地区的患者，也能及时接受治疗。

要知道，如果患者能在急性中风的前90分钟得到治疗，生存率能明显提高。

论文一作Yoonho Kim希望结合现有的磁性技术血管手术方法来快速实现这一点。

5 Q. z: Z- b7 [/ a2 q& B, a

现有的技术可以在施加磁场的同时，对患者进行透视检查，如此一来，医生可以在另一个房间，甚至在不同的城市，用操纵杆来控制磁场，引导我们的体内机器人完成手术。

MIT团队
9 W% t8 ]& S% D0 F

机器人的创造者们来自麻省理工学院华人教授赵选贺的团队。

! V# S" R3 b" U

0 `8 t7 |9 v1 R3 J* [) H

论文通讯作者赵选贺教授本科毕业于天津大学，此后先后在不列颠哥伦比亚大学和哈佛大学求学，拿下了哈佛大学的机械工程博士学位。

7 z( ?5 y4 C* h

他专注于软材料和生物电子学的研究，有关磁驱动实现复杂3D形状之间快速转换的论文曾登上过Nature封面。

4 u- N% e0 d; U$ m4 l% H0 s

论文一作则是来自韩国的Yooho Kim。

Yooho Kim小哥以优异的成绩从韩国首尔大学毕业，目前正师从赵选贺教授攻读博士，研究方向包括软活性材料的制造与设计，软材料力学，以及用于生物医学应用的非常规软机器人。

* E7 _; T/ Q6 W, a

论文的其他作者还包括German Parada和清华大学的访问学生刘圣铎。

传送门
6 l& |% x2 s8 {3 T! t* L- Q( @
$ m! M% O" H8 o. A3 F. `9 L

论文地址：
https://robotics.sciencemag.org/content/4/33/eaax7329/tab-pdf

— 完 —
AI社群 | 与优秀的人交流
, ^, L* B# o7 [5 w7 M, T! Y; a' gAI内参 | 关注行业发展
) e; H8 D# ]  u6 T' A. F( ^量子位 QbitAI · 头条号签约作者
% i7 O; r  i, z3 bվ'ᴗ' ի 追踪AI技术和产品新动态
喜欢就点「在看」吧 ! 
: w% q, p" D3 @/ e

0 d% F: ~% x; O  [/ q, @6 O# K

5 K' I+ b2 h; y+ j, i5 O来源：http://mp.weixin.qq.com/s?src=11&timestamp=1567154220&ver=1821&signature=3ewlo7qGb07FRDhiQtd**j3EcJVTMj3IGpJoaSHSASk-MIHObvSTfikemiQA*crDdLrLP7mqgcsnlolsX4btM9dx27jiiN1kRMgjBfQQYR15f*cXNle*IhogB6UTpSmB&new=1
' C. b0 A7 s6 i免责声明：如果侵犯了您的权益，请联系站长，我们会及时删除侵权内容，谢谢合作！