在過去的半個(gè)世紀(jì)中，微創(chuàng)腹腔鏡手術(shù)使外科醫(yī)生使用工具，并在小切口中插入了微型攝像頭來進(jìn)行手術(shù)，這使得手術(shù)過程對(duì)患者和醫(yī)生而言都更加安全。最近，外科手術(shù)機(jī)器人開始出現(xiàn)在手術(shù)室中，以允許外科醫(yī)生一次以比傳統(tǒng)技術(shù)更大的精度，靈活性和控制力來操縱多個(gè)工具，從而進(jìn)一步為外科醫(yī)生提供幫助。但是，這些機(jī)器人系統(tǒng)非常龐大，通常占用整個(gè)房間，其工具可能比其操作的脆弱組織和結(jié)構(gòu)大得多。

Wyss副教授Robert Wood博士之間的合作。索尼公司的機(jī)器人工程師鈴木弘之(Hiroyuki Suzuki)通過創(chuàng)建一種新的，受折紙啟發(fā)的微型遠(yuǎn)程運(yùn)動(dòng)操縱器(“ mini-RCM”)，將外科手術(shù)機(jī)器人技術(shù)應(yīng)用到了微觀領(lǐng)域。如最近一期的《自然機(jī)器智能》(Nature Machine Intelligence)所述，該機(jī)器人只有網(wǎng)球大小，重達(dá)一美分，并且成功完成了一項(xiàng)艱巨的模擬外科手術(shù)。

“伍德實(shí)驗(yàn)室在制造微型機(jī)器人方面的獨(dú)特技術(shù)能力在過去幾年中帶來了許多令人印象深刻的發(fā)明，我堅(jiān)信它也有可能在醫(yī)療機(jī)械手領(lǐng)域取得突破，”鈴木說，作為哈佛大學(xué)與索尼合作的一部分，他于2018年開始與伍德合作開發(fā)小型RCM。“這個(gè)項(xiàng)目取得了巨大的成功。”

微型機(jī)器人，用于微任務(wù)

為了創(chuàng)建微型手術(shù)機(jī)器人，Suzuki和Wood求助于Wood實(shí)驗(yàn)室開發(fā)的Pop-Up MEMS制造技術(shù)，該技術(shù)將材料彼此疊層沉積在一起，然后按照特定的圖案進(jìn)行激光切割，允許所需的三維形狀“彈出”，就像在兒童彈出式圖畫書中一樣。這項(xiàng)技術(shù)大大簡(jiǎn)化了小而復(fù)雜的結(jié)構(gòu)的批量生產(chǎn)，否則這些結(jié)構(gòu)必須手工精心制作。

來自Wyss研究所，哈佛大學(xué)SEAS以及索尼的研究人員創(chuàng)建了mini-RCM，這是一種小型外科手術(shù)機(jī)器人，可以幫助外科醫(yī)生在人體上執(zhí)行精細(xì)的遙控手術(shù)。圖片來源：哈佛大??學(xué)懷斯學(xué)院

該團(tuán)隊(duì)創(chuàng)建了平行四邊形形狀以用作機(jī)器人的主要結(jié)構(gòu)，然后制造了三個(gè)線性致動(dòng)器(mini-LA)來控制機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)：一個(gè)平行于平行四邊形底部的升降器，一個(gè)垂直于該平行四邊形的底部以升降。平行四邊形旋轉(zhuǎn)它，并在平行四邊形的頂端伸出一個(gè)工具，以在使用中伸縮工具。其結(jié)果是，該機(jī)器人比以前在學(xué)術(shù)界開發(fā)的其他顯微外科手術(shù)設(shè)備更小，更輕。

mini-LA本身就是微型奇跡，圍繞著壓電陶瓷材料構(gòu)建，當(dāng)施加電場(chǎng)時(shí)，壓電陶瓷材料會(huì)改變形狀。形狀變化將mini-LA的“行進(jìn)器單元”像火車在火車軌道上一樣沿著其“軌道單元”推動(dòng)，并且利用線性運(yùn)動(dòng)來移動(dòng)機(jī)器人。由于壓電材料在改變形狀時(shí)會(huì)固有地變形，因此該團(tuán)隊(duì)還將基于LED的光學(xué)傳感器集成到mini-LA中，以檢測(cè)和糾正與所需運(yùn)動(dòng)的任何偏差，例如由手震引起的偏差。