Nature子刊！香港科技大學(xué)3D打印世界最小多功能生物醫(yī)學(xué)機(jī)器人

2025年3月11日，南極熊獲悉，來自香港科技大學(xué)的研究人員成功研發(fā)出全球最小的多功能生物醫(yī)學(xué)機(jī)器人，比現(xiàn)有型號小 60%。這款機(jī)器人能夠進(jìn)行成像、高精度運(yùn)動以及采樣、藥物輸送和激光消融等多功能操作，具有競爭力的成像性能和十倍的障礙物檢測能力，為機(jī)器人在人體狹窄和具有挑戰(zhàn)性的通道（如肺末端支氣管和輸卵管）中的應(yīng)用鋪平了道路。

相關(guān)研究成果以題為“Sub-millimeter fiberscopicrobot with integrated maneuvering, imaging, and biomedical operation abilities”的論文發(fā)表在《自然通訊》期刊上。

論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41467-024-55199-6

機(jī)器人整體外形纖薄，僅0.95 毫米，比目前的內(nèi)窺鏡機(jī)器人小 60%，實現(xiàn)了“不可能的三位一體”，在一個機(jī)器人中同時集成了所有三個重要規(guī)格。它提供具有競爭力的成像性能，并將障礙物檢測距離延長至約 9.4 毫米，比理論極限提高了十倍。它還實現(xiàn)了卓越的運(yùn)動精度（小于 30 微米），并將成像區(qū)域大幅擴(kuò)大了約 25 倍。

△具有成像、機(jī)動和醫(yī)療操作能力的基于光纖的亞毫米連續(xù)機(jī)器人概覽。

這款機(jī)器人由電子與計算機(jī)工程系副教授沈雅靜團(tuán)隊開發(fā)，微型尺寸由四個主要部件組成。這些部件包括用于捕捉體內(nèi)圖像的光纖陣列、用于在需要的地方精確施行治療的定制工具、用于固定光纖和工具的空心骨架，以及能夠精確控制機(jī)器人運(yùn)動的功能化皮膚。

中空骨架由微型 3D 打印機(jī)制成，功能化皮膚則通過磁性噴涂技術(shù)制成，這有助于保持機(jī)器人體積小巧，并使其在手術(shù)過程中輕松滑動。它還具有凝膠狀外層，可減少摩擦。研究團(tuán)隊已在體外支氣管模型和離體豬肺中測試了機(jī)器人，展示了在狹小空間內(nèi)的平穩(wěn)導(dǎo)航，同時成功捕捉清晰的圖像并在困難區(qū)域進(jìn)行治療。

沈教授表示：“小型連續(xù)機(jī)器人有望應(yīng)用于介入診斷和治療，但現(xiàn)有模型往往在緊湊性、精確導(dǎo)航和可視化功能治療方面存在困難。我們的研究為開發(fā)一種手術(shù)機(jī)器人提供了重要的解決方案，旨在實現(xiàn)難以觸及的身體部位的早期診斷和治療目標(biāo)。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，我們相信光纖機(jī)器人將在可預(yù)見的未來為人類健康做出更大的貢獻(xiàn)。”

由于小型連續(xù)機(jī)器人能夠在狹窄的腔內(nèi)導(dǎo)航，同時恢復(fù)速度快，感染風(fēng)險低，因此已被用于治療多種疾病，包括心臟?。ㄍㄟ^部署支架和電生理導(dǎo)管）以及使用單孔腹腔鏡修復(fù)胃和十二指腸潰瘍穿孔等。基于這項成功的發(fā)明，研究團(tuán)隊計劃進(jìn)一步完善機(jī)器人的功能，適應(yīng)實際環(huán)境。

△連續(xù)機(jī)器人在離體豬模型中的功能演示

香港科技大學(xué)博士后研究員張鐵山博士表示：“我們的目標(biāo)是進(jìn)一步優(yōu)化光纖機(jī)器人的設(shè)計和控制，以介入手術(shù)的安全性和可靠性為首要任務(wù)。我們期待進(jìn)行體內(nèi)試驗，以證明在臨床場景中的表現(xiàn)?！睆堣F山博士是這項研究的兩位共同第一作者之一，另一位是李根博士。其他來自科大的合著者包括電子與計算機(jī)工程系的研究助理教授楊雄博士和博士生趙浩翔。