纖細(xì)的蛇形機(jī)器人如何為醫(yī)生提供挽救生命的新方法

此處描述的“肌腱驅(qū)動”連續(xù)體機(jī)器人在現(xiàn)實(shí)生活中的直徑約為 7 毫米，并以長度范圍為 15 至 70 毫米的部分制成。其他型號可能更窄。都表現(xiàn)出觸手狀的運(yùn)動。

多倫多大學(xué)密西沙加分校 Continuum 機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室主任 Jessica Burgner-Kahrs 和她的團(tuán)隊(duì)正在建造非常細(xì)長、靈活和可擴(kuò)展的機(jī)器人，直徑只有幾毫米，用于手術(shù)和工業(yè)。你可以稱之為“動物學(xué)”。

與類人機(jī)器人不同，所謂的連續(xù)體機(jī)器人具有長而無肢的身體——與蛇的身體不同——這使得它們能夠進(jìn)入難以到達(dá)的地方。

考慮一位需要切除腦腫瘤的神經(jīng)外科醫(yī)生。使用傳統(tǒng)的、剛性的手術(shù)工具，外科醫(yī)生必須沿著直通大腦的路徑到達(dá)癌腫塊，并冒著刺穿和損壞重要組織的風(fēng)險(xiǎn)。

密西沙加大學(xué)數(shù)學(xué)和計(jì)算科學(xué)副教授Burgner-Kahrs 設(shè)想有一天，她的一個蛇形機(jī)器人在外科醫(yī)生的指導(dǎo)下，能夠繞著重要組織走一條蜿蜒的小路，但仍能到達(dá)精準(zhǔn)的手術(shù)部位。以前無法手術(shù)的腦腫瘤可能突然變得可以手術(shù)了。

“它可以徹底改變手術(shù)，”她說。

穿過機(jī)器人“身體”的線連接到每個身體部分末端的一個較厚的圓盤上。這些螺紋被拉動以控制機(jī)器人的各個部分并將它們彎曲到不同的方向。每個圓盤內(nèi)的磁鐵以交替極性排列，確保無論機(jī)器人段的長度如何，圓盤都保持等距。這有助于機(jī)器人根據(jù)需要彎曲并以“跟隨引導(dǎo)”運(yùn)動的方式穿過曲線路徑——蛇狀“身體”跟隨“頭部”的路徑。該實(shí)驗(yàn)室開發(fā)了一種夾在兩層硅膠之間的重疊鱗片護(hù)套。當(dāng)在硅膠層之間施加真空時，通常靈活的機(jī)器人會變得僵硬。

計(jì)算機(jī)科學(xué)家和機(jī)械工程師Burgner-Kahrs說，她的實(shí)驗(yàn)室還在開發(fā)更先進(jìn)的一代連續(xù)體機(jī)器人，這些機(jī)器人配備傳感器并且可以部分地自行駕駛。外科醫(yī)生必須使用計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程操作機(jī)器人，但機(jī)器人會知道如何避開障礙物并識別其目的地。例如，外科醫(yī)生可以部署其中一個機(jī)器人從腹部收集組織樣本，或者將抗癌藥物直接注射到肺部腫瘤中。

在人體外也有用途。

Burgner-Kahrs 正在開發(fā)不同類型的連續(xù)體機(jī)器人，這些機(jī)器人可用于鎖孔手術(shù)，與目前的微創(chuàng)手術(shù)技術(shù)相比，對患者造成的創(chuàng)傷更少。

一個連續(xù)體機(jī)器人可以滑過噴氣發(fā)動機(jī)的內(nèi)部，檢查它是否有損壞。該實(shí)驗(yàn)室正在試驗(yàn)更加靈巧和可擴(kuò)展的新形式。最近的一項(xiàng)具有潛在搜索和救援應(yīng)用的設(shè)計(jì)靈感來自折紙：它非常輕，并且可以比其他設(shè)計(jì)拉長 10 倍。

機(jī)器人可以配備攝像頭，讓操作員可以看到機(jī)器人的位置。可以根據(jù)需要安裝微型手術(shù)工具，包括鑷子、激光或抽吸裝置。