-
日期: 2026-05-28 | 來源: MIT科技評論 | 有0人參與評論 | 字體: 小 中 大
1966 年，美國上映了壹部名為《神奇旅程》的科幻電影，影片中被縮小成微米級別的伍名醫生被注射到患者體內進行血管手術。時至今日，電影中的虛構橋段正在走進現實世界，只不過在體內治療疾病的是“微型機器人”。
“微型機器人”其實是壹個統稱，其涵蓋了尺寸從 1 微米（約為人類頭發絲直徑的 1/100）到數毫米的機器人，而機器人的尺寸小於 1 微米則稱之為“納米機器人”。
因體積小巧、靈活性高，微型機器人被認為是未來無創或微創手術的主要解決方案。尤其是磁控微型機器人，因為磁場可以無害地穿透人體組織，且能精准控制。
目前主要包括兩類磁控微型機器人。第壹類具有粘液或液體基的身體，這類機器人的身體太軟，無法輸出足夠的力來進行切割等手術操作，且可能會在人體內留下殘留物。如果想讓它們變硬，通常需要極強的磁場，或者需要加熱到 60℃ 以上，可能導致患者體內細胞死亡。
第贰類具有固體彈性體的身體，雖然不會有殘留且可以遠距離控制（小於30 厘米），但因為受限於單壹的磁化方式，它們最多只能具備兩種手術功能。此外，大多數此類機器人只能實現 5 個自由度的運動，很難在人體復雜的環境中自由穿行。
近日，新加坡南洋理工大學 (NTU) 的研究人員開發了壹個 4.4mm、擁有 6 個自由度的軟體微型機器人，不僅能在復雜環境中靈活移動，還能通過磁場重新編程，在體內做 5 種手術動作，包括釋放藥物、切割生物組織、抓取和存儲生物樣本以及遠程加熱。切換這些功能只需不到壹秒的時間。相關文章發表在 Advanced Materials 期刊。
領導這項研究的是南洋理工大學機械與航空航天工程學院的副教授 Lum Guo Zhan（林國展）。過去拾多年裡，他壹直深耕於微型機器人領域。
2021 年，他的團隊在 Advanced Materials 發文，成功解決了長期困擾微型磁控軟機器人的運動學瓶頸。團隊通過優化機器人內部的磁化分布，首次實現了完整的 6 個自由度，這意味著該機器人能夠在橫滾、俯仰和偏航叁個維度上自由旋轉。
為了破解現有磁控微型機器人的局限性，研究團隊設計了智能磁性復合材料。也就是讓機器人內部包含多種具有不同矯頑力、剛度和響應頻率的磁性物質。有些部位磁性強、容易被重新磁化/退磁；有些部位磁性不會輕易被改變，比較穩定。（注：矯頑力是磁性材料的特性之壹，是指在磁性材料已經磁化到磁飽和後，要使其磁化強度減到零所需要的磁場強度。）
這些物質主要包括釹鐵硼（NdFeB）磁性微粒，釹鐵硼被譽為“磁王”，具有極高的磁性和矯頑力（達到 93.3–614 mT） 。機器人的主體執行部件、重編程模塊以及用於運動的觸手，都摻入了這種微粒。
贰是肆氧化叁鐵（Fe₃O₄）納米顆粒，被專門用於機器人最頂部的遠程加熱組件中 ，負責發熱做熱療。
部分材料可以在 60–65 mT 的磁場作用下被可逆地磁化和消磁；而其他具有更高磁矯頑力的區域，則完全不會受到這種磁化和消磁過程的影響。通過這種差異化的材料布局，機器人可以被隨時隨地且安全地重新編程，切換工作模式。
機器人的材質主要是硅膠類軟材料，包括 PDMS（聚贰甲基硅氧烷）與 Ecoflex 00-10（壹種超軟硅膠）。前者是壹種剛度相對較高的醫用級高分子聚合物，用它來制作機器人主體內部的磁化組件以及第六自由度增強模塊。較高的剛度確保了這些執行部件在發力切割或抓取時，具有足夠的支撐力和骨架強度，不會軟塌塌地變形；後者是壹種極其柔軟且富有彈性的材料，被專門用來制作機器人負責運動的柔軟觸手。
在設計上，研究團隊采取了對稱性設計，這種設計確保了機器人在執行某壹項特定功能時，只有對應的部件會被激活，而其他部件會保持不動，互不幹擾。- 新聞來源於其它媒體，內容不代表本站立場！
-
原文鏈接
原文鏈接:
目前還沒有人發表評論, 大家都在期待您的高見