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折纸微型机器人使医疗保健更接近精确的靶向药物输送
2022年06月19日    阅读量:994    新闻来源:中国机械网 okmao.com  |  投稿

如果你曾经吞下过同样的圆形药片,希望能治愈从胃痉挛到头痛的一切疾病,那么你已经知道,药物并不总是用来治疗精确的痛点。虽然非处方药几十年来已经治愈了许多疾病,但生物医学研究人员直到最近才开始探索在治疗更复杂的疾病(如心血管疾病或癌症)时改善靶向药物输送的方法。

微型机器人是生物医学这一新兴领域中一项很有前途的创新。这些指尖大小的机器人有望成为医学界未来的救命稻草鈥攖o爬行、旋转和游泳,进入狭窄的空间,执行调查内部工作或分发药物的任务。

斯坦福大学机械工程师蕾妮·赵(ReneeZhao)领导着这一领域的研究,她正在同时进行许多微型机器人的设计鈥攊包括一个磁性爬行机器人,最近在《科学进步》杂志的封面上看到它在胃中爬行。由磁场驱动鈥攚它允许连续运动,可以立即产生扭矩并改变机器人的运动方式鈥攈er机器人可以自主选择不同的运动状态,克服体内的障碍物。只需改变磁场的强度和方向,赵的团队就可以让机器人以10倍于机器人长度的单步距离在身体上航行。

她的研究的一个关键方面是,磁驱动还为非侵入性操作提供了无约束控制,并将控制单元与设备分离,以实现小型化。赵说,他们最新的机器人本月在《自然通讯》上发布,是“我们开发的最健壮、多功能的无约束机器人”

这种新的“可旋转的无线两栖折纸微型机器人”正如其名称所暗示的那样具有多功能。这是一个构思优雅的单体装置,能够在器官光滑、不平的表面上快速移动,并在体液中游动,在运输液体药物时无线推动自身。机械工程助理教授赵教授说,与吞食药片或注射液体不同,这种机器人在“达到目标后才释放出高浓度药物”。“这就是我们的机器人实现靶向药物输送的方式。”

重塑药物输送

据赵说,这种特殊的两栖机器人的突破性之处在于,它超越了大多数折纸机器人的设计,后者只利用折纸的可折叠性来控制机器人的变形和移动。

在研究折叠如何使机器人执行某些动作的基础上鈥攊想象一个手风琴式的折叠可以挤出药物鈥擹郝的团队还考虑了每个折叠的精确形状的尺寸如何影响机器人在未折叠时的刚性运动。因此,机器人的展开形式本身就有利于在环境中推进。这种宽泛的考虑使研究人员能够在不增加体积的情况下更多地利用这些材料鈥攁在赵的世界里,机器人设计中单个结构实现的功能越多,医疗过程的侵入性就越小。

机器人设计的另一个独特方面是某些几何特征的组合。机器人的中心有一个纵向孔,两侧有一个向上倾斜的横向狭缝,可以减少水阻力,帮助机器人游得更好。赵说:“这种设计在机器人中产生负压,以便快速游泳,同时为货物的提取和运输提供吸力。”。“我们充分利用了这个小型机器人的几何特征,并探索了针对不同应用和不同功能的单一结构。”

根据与斯坦福大学医学部专家的对话,赵实验室正在考虑如何通过构建新技术来改进当前的治疗和程序。如果这项工作按照赵的方式进行,她的机器人不仅可以提供一种方便的方式来有效地分发药物,还可以用来将仪器或相机带入体内,从而改变医生检查患者的方式。该团队还致力于利用超声波成像跟踪机器人的去向,从而消除了任何切开器官的需要。

越小越简单越好

虽然我们不会在真正的医疗保健环境中看到像赵这样的微型机器人,除非我们对最佳设计和成像最佳实践有更多的了解,但该实验室在《自然通讯》中强调的第一位同类游泳运动员是他们最远的机器人之一。目前,在进行人体临床试验的任何活体动物试验之前,它正处于试验阶段。

与此同时,赵的团队继续将各种新型智能材料和结构结合到独特的设计中,最终形成新的生物医学设备。她还计划继续缩小机器人的规模,以进一步进行微型生物医学研究。

作为一名工程师,赵努力开发最简单的结构和最多的功能。她的两栖机器人就是这项任务的例证,因为这激发了她的团队更充分地考虑其他折纸机器人研究人员尚未普遍优先考虑的几何特征。“我们开始研究所有这些是如何并行工作的,”赵说。“这是这项工作非常独特的一点,在生物医学领域也有着广泛的潜在应用。”

标签:行业资讯机械应用人工智能机器人配件与装备医用机器人
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