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)機器人，比現(xiàn)有型號小 60%。這款機器人能夠進行成像、高精度運動以及采樣、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

機器人整體外形纖薄，僅0.95 毫米，比目前的內(nèi)窺鏡機器人小 60%，實現(xiàn)了“不可能的三位一體”，在一個機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)了卓越的運動精度（小于 30 微米），并將成像區(qū)域大幅擴大了約 25 倍。

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

這款機器人由電子與計算機工程系副教授沈雅靜團隊開發(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器人運動的功能化皮膚。

中空骨架由微型 3D 打印機制成，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。研究團隊已在體外支氣管模型和離體豬肺中測試了機器人，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)域進行治療。

沈教授表示：“小型連續(xù)機器人有望應(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。隨著技術(shù)的不斷進步，我們相信光纖機器人將在可預(yù)見的未來為人類健康做出更大的貢獻。”

由于小型連續(xù)機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�；�于這項成功的發(fā)明，研究團隊計劃進一步完善機器人的功能，適應(yīng)實際環(huán)境。

△連續(xù)機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：“我們的目標是進一步優(yōu)化光纖機器人的設(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工程系的研究助理教授楊雄博士和博士生趙浩翔。