史丹佛大学开发精准投药、医检两用毫米机器人 https://bit.ly/3nnuFZ5 精准医疗技术创新：毫米机器人 当人们想缓解头痛或腹痛而吞下圆扁形锭剂的经验，往往发现药物并不是每次都能精准治 疗痛点。成药（over-the-counter pills）治癒了多种疾病，但一直到最近生医研究员才 开始探索如何能在治疗更复杂的病症（如：心血管疾病或癌症）时提高药物的精确性。 而其中一个极具潜力的创新就是毫米机器人（millirobot）。这种指尖大小的机器人有望 成为医学界未来的救星- —透过爬行、旋转和游泳等运动进入狭窄的通道，完成体内调查 或药物分配的任务。 史丹佛研究团队开发磁性爬行机器人 史丹佛大学机械工程研究员赵芮可（Renee Zhao）目前正在同步设计许多不同的毫米机器 人，其中包括一种磁性爬行机器人（magnetic crawling robot），在近期《科学进展 Science Advances》的封面上可以看到这款机器人在胃里蠕动的图。该机器人的动力来自 磁场，不仅可以连续动作，还可立即产生扭矩（torque）且改变机器人的运动方式，该款 毫米机器人可以自行调整不同的运动状态，并克服进入体内後遇到的障碍。史丹佛研究团 队仅仅通过改变磁场的强度和方向，就可以让机器人在身体上畅行，一次跳跃的距离可达 机器人自身长度的10倍。 以无线方式推进至体内特定位置後释放高浓度药物 磁致动（magnetic actuation）系这项研究的一个关键，为非侵入性手术提供了无绳控制 （untethered control），并将控制单元与装置分离，实现微型化。史丹佛研究团队表示 ，他们近期於《自然－通讯Nature Communications》上发表的机器人，是该团队所开发 最坚固且最多功的无绳机器人」。 这款新「可旋转无线两栖折叠毫米机器人（spinning-enabled wireless amphibious origami millirobot）」如其名所示地具备多重功能。这是一个巧妙构思的单体（ single unit），能够在器官光滑且不平整的表面上快速行驶，并在体液中游泳，在运输 液体药物时以无线方式推动自己。与吞下药片或注射液体不同，这种机器人会扣住药物， 直到到达目的地并释放出高浓度的药物。 考量机器人原始状态形状、尺寸 开发多元医疗用途机器人 这款两栖机器人的突破之处在於超越了大多数折叠式机器人只利用折纸的可折叠性来控制 机器人变形和移动的设计。它除了透过折叠使机器人完成特定动作（以类似手风琴运作方 式摺叠挤出药物）之外，还考虑了在机器人在不进行摺叠动作(展开)时，每个折叠的形状 、尺寸对於机器人的刚性运动（rigid motion）之影响，让机器人在展开的状态也适合在 环境中活动。周详的考虑使研究员能在不增加体积的情况下从材料中开发更多的用途，且 根据史丹佛团队之研究，机器人设计中，单一结构能实现的功能越多，医疗过程所需的侵 入性就越低。 搭配机器人几何特徵 降低行进阻力、提升运输所需吸力 这款机器人设计的另一个独特面在於某些几何特徵的组合。直通机器人核心的纵向孔和侧 面倾斜的横向缝隙处减少了水的阻力，帮助机器人游得更顺畅。史丹佛研究团队表示：「 这种设计使机器人透过负压快速游泳，同时也为药物的拾取和运输提供吸力。」「我们充 分利用这种小型机器人的几何特徵，探索这种单一结构不同的应用及功能。」 与史丹佛大学医学系专家讨论後，赵实验室（Zhao Lab）正在考虑如何通过新技术来改进 目前的治疗和程序。如果按照他们的方式进行，机器人将不仅只是提供方便且有效的配送 药物方式，还可以用来携带仪器或相机进入体内，改变医生检查病人的方式。该团队正在 研究使用超音波成像来追踪机器人的去向，减少需要切开器官检查的必要性。 设计最简单 功能最多元的机器人 虽然在对最佳设计和影像的最佳作法有更多了解之前，我们仍无法在真实的医疗环境中看 到史丹佛团队所开发的这类毫米机器人被用於医疗检查，但该实验室在《自然–通讯》期 刊中强调的第一个游泳机器人是目前的最接近市场阶段的机器人，该款机器人目前正处於 活体动物测试之前的试验阶段，在完成动物测试後，还要进行人体临床试验。 史丹佛研究团队持续将各种将各种新颖智慧材料和结构相搭配，成为独特的设计，最终形 成新的生物医学器材。该团队还计画进一步缩小机器人，以进一步在微观层面上进行生物 医学研究。 史丹佛研究团队努力开发功能最大化且最简化的结构，此一两用机器人便是范例，当其他 摺叠机器人研究员普遍尚未考虑到几何特徵的问题，史丹佛研究团队已经将之充分考量并 纳入设计中。史丹佛研究团队开始研究要如何与这些几何特徵并行地运作，这是这款机器 人研发的独特之处，而它也会在生物医学领域广泛应用。 --

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