近日，哈佛大學(xué)的一個(gè)研究團(tuán)隊(duì)在機(jī)器人領(lǐng)域取得了重大突破，借助全新的制造技術(shù)創(chuàng)造出一個(gè)微型蜘蛛機(jī)器人，今后有望應(yīng)用于醫(yī)學(xué)領(lǐng)域。該團(tuán)隊(duì)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)不僅有效減少侵入性外科手術(shù)，在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域做出重大改變，還可以從工業(yè)設(shè)施的維護(hù)到拯救災(zāi)民等各方面產(chǎn)生影響。
到目前為止，大多數(shù)先進(jìn)的小型機(jī)器人都采用某種特定的模式：它們均為厘米級(jí)機(jī)器人，通常只有一個(gè)自由度，這意味著它們只能促成一種特定的運(yùn)動(dòng)形狀或類型的變化。由Harvard’s Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering（哈佛大學(xué)威斯生物啟發(fā)工程研究所）、John A. Paulson工程與應(yīng)用科學(xué)學(xué)院（SEAS）和波士頓大學(xué)的科學(xué)家聯(lián)合研發(fā)的這款新型機(jī)器人并非如此。新型蜘蛛機(jī)器人為毫米級(jí)別，且由柔性材料制成，易于借助氣動(dòng)和液壓動(dòng)力移動(dòng)，因此，該機(jī)器人具有前所未有的18個(gè)自由度。
相比其他同類產(chǎn)品，此款蜘蛛機(jī)器人更加小巧、靈活——對(duì)研發(fā)能在人體內(nèi)進(jìn)行相關(guān)操作的機(jī)器人的過程而言，這無疑是里程碑式的一步。
使用這項(xiàng)全新的技術(shù)制造蜘蛛或其他機(jī)器人生物的過程，主要涉及三種不同的技術(shù)。首先，利用微型激光切割出12層材料，相互粘合形成蜘蛛的身體和手臂。其次，借助軟光刻技術(shù)在這些層內(nèi)繪制了一個(gè)復(fù)雜的微觀通道網(wǎng)絡(luò)；在感知到氣動(dòng)或液壓動(dòng)力時(shí)，這些微型“脈絡(luò)”可促成蜘蛛的移動(dòng)。最后，為了達(dá)到其最終形狀，這些微流體通道中的一些通過可固化樹脂加壓。當(dāng)用來自外部的UV光照射時(shí)，樹脂硬化并使較軟的層永久地彎曲成所需的形狀。
根據(jù)該研究的作者之一希拉·魯索（Sheila Russo）的說法，他們的“小怪物”蜘蛛可以改變自身的結(jié)構(gòu)，可移動(dòng)，甚至可以改變顏色。此毫米級(jí)蜘蛛機(jī)器人外形色彩多樣，其肢體能夠借助水或者酒精來驅(qū)動(dòng)并模擬澳大利亞孔雀蜘蛛的表現(xiàn)。
雖然對(duì)這款機(jī)器人的表現(xiàn)很有自信，波士頓大學(xué)的助理教授兼創(chuàng)造者之一的Tommaso Ranzani表示，它目前的形式并非針對(duì)醫(yī)療應(yīng)用而設(shè)計(jì)，更像是一種能力的展示。他在郵件中提到：“我們相信軟體機(jī)器人在減少風(fēng)險(xiǎn)、進(jìn)行微創(chuàng)手術(shù)任務(wù)方面有著巨大的潛力。或許在將來的某一天，這些軟體機(jī)器人會(huì)替代傳統(tǒng)手術(shù)工具，一躍成為“操縱、與身體最脆弱組織（例如靜脈、動(dòng)脈甚至神經(jīng)）相互作用”的理想選擇。他們還可以服用藥物或做或組織檢查。
但Ranzani認(rèn)為類似的微型機(jī)器人也有可能對(duì)環(huán)境有所幫助，可用于維護(hù)工業(yè)設(shè)施，甚至協(xié)助太空探索。他表示：“‘蜘蛛機(jī)器人’是軟體機(jī)器人研發(fā)道路上的第一項(xiàng)成果。我們相信它將會(huì)推進(jìn)新一代微型軟體機(jī)器人的發(fā)展，新一代機(jī)器人將借助其微型、可變形、彈性的外觀，探索高度非結(jié)構(gòu)化、復(fù)雜的環(huán)境，被廣泛應(yīng)用于人體內(nèi)部對(duì)組織進(jìn)行安全、精細(xì)的操作，以執(zhí)行搜索、搶救等醫(yī)療任務(wù)。”
想象一下，未來某一天，一大群機(jī)器人在清理火箭發(fā)動(dòng)機(jī)并固定微型飛行器，或在被地震摧毀的建筑物中尋找幸存者并提供急救——甚至只是進(jìn)行一次清理以清除人體內(nèi)堵塞的動(dòng)脈。多么神奇的畫面啊，相信大家對(duì)這款蜘蛛機(jī)器人的期待值已經(jīng)爆表了。
未來醫(yī)療：微型機(jī)器人助力精準(zhǔn)醫(yī)療
今年年初，Diller的團(tuán)隊(duì)有了一項(xiàng)突破：他們制作出了一毫米的機(jī)器人。此款機(jī)器人有兩只手臂，并且能夠通過磁場控制，因此它能夠在生物體內(nèi)搭橋。Diller表示微型機(jī)器人不只是在運(yùn)輸藥物方面大有作為，它們也能修復(fù)我們的血管和器官。
肌肉機(jī)器人
微型機(jī)器人有兩種輸送藥物的方式，一是攜帶藥物袋至體內(nèi)特定部位，然后通過變形打開藥物袋。二是把機(jī)器人的橡膠體設(shè)計(jì)成海綿狀，先浸吸藥物，達(dá)到目的地后通過自身變形，擠壓釋放藥物，從而達(dá)到精準(zhǔn)醫(yī)療的目的。
