MIT線形機器人靈活穿行腦血管：華人教授團隊出品，登上Science子刊_風聞

栗子 魚羊 發自 凹非寺

量子位 報道 | 公眾號 QbitAI

人類大腦裏，血管又細又曲折，管壁還很脆弱。

於是，一旦發生血管栓塞，醫生要小心翼翼把導管插到精確的位置，再用激光去除血栓。

操作很難一次成功，手術過程漫長艱辛。

但現在，MIT團隊開發了一隻新的機器人，就是這條優雅的黑線：

細長柔軟的它，在狹窄蜿蜒的通道里，也能快速自如地穿梭，大角度轉彎都難不倒。

一個秘密是，機器人的內心是磁力驅動的。

從前，醫生直接動手插入導管，碰到急轉彎就很難操作，進度緩慢；而磁驅動的機器人，頭部可以快速轉向，更順利地到達目的地。

另一個秘密，是機器人的水凝膠皮膚，把摩擦力降到了原來的1/10，也是車速加快的關鍵。

外表柔軟，內心堅定。清除血栓，可以變得更快更精確。

把這樣的機器人用在微創手術裏，可以降低對醫生經驗的要求，也可能通過遠程控制，在醫療資源匱乏的地區派上用場。

於是，它登上了最新一期的Science Robotics。

外表柔軟，內心堅定

團隊説，雖然傳統的導絲，也是在裏面用了金屬合金，在外面塗了聚合物；

但這樣的材料會產生摩擦力，再加上機械的驅動方式，如果卡在一個狹窄的空間，很容易破壞血管的內壁。

所以，驅動和摩擦，這兩個問題都要解決。

首先，團隊想到了磁力控制。團隊在柔軟有彈性的、鎳鈦合金的油墨 (Ink) 裏，加入了釹鐵磁：

你看，左邊是沒有額外添加磁性的油墨，畫成了一灘泥；右邊加上磁性，就站起來了。

這便是機器人內在的材質。下一步要解決外在的皮膚。

開始，團隊是用普通的橡膠膏 (Rubber Paste) 來做塗層，但這種材料會影響機器人對磁力的反應。

後來，研究人員選擇了水凝膠，它除了不會讓機器人對磁力的反應變弱，還擁有平滑的表面，可以把摩擦力降到原來的1/10。

另外，水凝膠的生物相容性，對人體也更加友好。

用這兩種材質造出的機器人，感受到不同的磁場，就能實現不同程度的轉彎：

你看，水凝膠皮膚 (左) 與普通皮膚的機器人相比，速度快了許多：

只要在頭部加上激光，就可以用來清除血栓。另外，定點給藥也可以達成。

那麼問題來了，內外這兩種材質，是怎麼變成機器人的呢？

這隻軟體機器人是用3D打印技術製作。

不同於熔融的熱塑性聚合物的常規擠壓，3D打印不需要通過加熱來溶解、流化油墨。磁化油墨的剪切稀化（假塑性）表現使得複合油墨在加壓後能輕鬆擠出，並且屈服應力的存在能使油墨保持形狀，形成一條線，而不是變成一灘糊糊。

當需要額外的機械支撐或功能時，可以通過注射成型技術將功能核心結合到機器人的“身體”當中。

此外，由於鐵含量高，鐵磁合金容易被腐蝕。

為了防止嵌入的釹鐵硼顆粒在與水凝膠皮膚的水合界面處被腐蝕，研究團隊在顆粒周圍塗上了一層薄二氧化硅。

​顆粒形成交聯的二氧化硅殼，厚約10nm，能有效地抗擊腐蝕。

仍在進化中

甫一出生，這條“線”已經展現出了巨大的潛力。

首爾國立大學軟體機器人未來科技中心主任Kyu-Jin Cho評價説：

這個機器人設計簡單，比起傳統的商業導管來説，也更穩定，更安全。對於腦科醫生而言是能解決大問題的。

不過，雖然潛力無窮，這個機器人還是進化中的狀態。團隊表示，未來可期，仍需努力。

首先，團隊希望在下一步工作中，給機器人加入精準傳感器，實現微流體給藥，超聲以及電治療功能。

而更重要的，是實現遠程控制。

就像他們一開始所設想的那樣，團隊希望在這款機器人的幫助下，醫生不必靠近放射源，也能在複雜血管中進行快速導航和微創手術。

這樣一來，就避免了X射線反覆輻射對醫生造成的傷害。

更重要的一點是，這能讓那些身在醫療資源缺乏地區的患者，也能及時接受治療。

要知道，如果患者能在急性中風的前90分鐘得到治療，生存率能明顯提高。

論文一作Yoonho Kim希望結合現有的磁性技術血管手術方法來快速實現這一點。

現有的技術可以在施加磁場的同時，對患者進行透視檢查，如此一來，醫生可以在另一個房間，甚至在不同的城市，用操縱桿來控制磁場，引導我們的體內機器人完成手術。

MIT團隊

機器人的創造者們來自麻省理工學院華人教授趙選賀的團隊。

論文通訊作者趙選賀教授本科畢業於天津大學，此後先後在不列顛哥倫比亞大學和哈佛大學求學，拿下了哈佛大學的機械工程博士學位。

他專注於軟材料和生物電子學的研究，有關磁驅動實現複雜3D形狀之間快速轉換的論文曾登上過Nature封面。

論文一作則是來自韓國的Yooho Kim。

Yooho Kim小哥以優異的成績從韓國首爾大學畢業，目前正師從趙選賀教授攻讀博士，研究方向包括軟活性材料的製造與設計，軟材料力學，以及用於生物醫學應用的非常規軟機器人。

論文的其他作者還包括German Parada和清華大學的訪問學生劉聖鐸。

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