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陈根:外科微型手术机器人,还有多少种可能

2020-08-28 14:49
陈述根本
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文/陈根

在过去的半个世纪里,微创腹腔镜手术,即外科医生使用工具和插入小切口的微型摄像机来进行手术,使得手术对病人和医生都更加安全。随着技术的进步,外科机器人越来越多的出现在手术室里,外科机器人能够协助同时操作多种工具,比传统技术更精确、更灵活、更具控制性,从而进一步协助外科医生。

然而,这些机器人系统非常庞大,通常占据整个房间。现在,哈佛大学的研究人员开发的一种网球大小的微型机器人能够在微观尺度上处理精细的任务,结构简单,便于制造。这项研究已发表在《自然机器智能》杂志上。

陈根:外科微型手术机器人,还有多少种可能

研究小组制作了一个平行四边形作为机器人的主体结构,然后制造了三个线性执行器(mini-LAs)来控制机器人的运动:一个平行于平行四边形的底部,平行四边形的底部用来提升和降低机器人,另一个垂直于旋转它的平行四边形,在平行四边形的顶端有一个,它可以伸缩正在使用的工具。其结果是制造出一种比学术界先前开发的其他显微外科设备小得多、重量轻得多的机器人。

这个以折纸为灵感的微型机器人是用一种先进的制造技术组装而成的,在这种技术中,材料层叠在一起,激光切割形成平行四边形。同时,微小的线性执行器由压电陶瓷材料组成,压电陶瓷材料在电场的作用下变形产生运动,同时还有光学传感器,以确保运动部件沿着期望的路径运动。

陈根:外科微型手术机器人,还有多少种可能

在测试中,研究小组让机器人进行模拟遥控手术,模拟人手移动笔状工具的动作。研究人员通过显微镜对人类进行观察,并跟踪一个比圆珠笔笔尖小的正方形,然后让他们用机器人来追踪正方形,然后让他们重复这项任务。试验证明,机器人的准确率提高了68%。

随后,研究人员模拟了视网膜静脉插管的手术过程,视网膜静脉插管通常需要一名外科医生在眼球后部的静脉注射治疗药物。模仿过程中,研究小组使用了一根与这些细小静脉大小差不多的硅胶管,这些细静脉的厚度大约是人类头发的两倍。机器人能够用一根附在身上的针头干净地刺穿管子,而不会造成任何不必要的损坏。

另外,这种小型机器人还易于安装。现在,研究小组希望通过增加执行器的力和定位来进一步改进设计,使其更加强大和精确。在未来,我们或将看到这项工作将对外科机器人技术产生的影响。

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