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受到折纸的启发,哈佛与索尼合作打造了一个迷你外科手术机器人

2020-10-18

赢咖3报道,近半个世纪以来,外科医生用插入小切口的工具和微型摄像机进行了微创腹腔镜手术。这样对病人和医生来说都比较安全。

近来,帮助外科医生的手术机器人开始在手术室中出现,医生可以同时操作多种工具,这比传统方法更加精确、灵活和控制。但这些机器人系统非常庞大,通常需要占用整个房间,其工具也比其操作的复杂组织和结构复杂得多。

与索尼公司的机器人工程师HiroyukiSuzuki合作,哈佛大学的副教员RobertWood博士创造了一种新的纸面折叠的遥控操作操作中心("mini-RCM"),使手术机器人降至微小的尺度。

这个机器人的尺寸就像一个网球,重量大约相当于一便士。最近一期的《NatureMachineIntelligence》中有描述,这种机器人已经成功地完成一项复杂的模拟手术任务。

苏苏基说:“Wood的实验室拥有制造微型机器人的独特技能,并且在过去的几年中创造了许多令人印象深刻的发明,我相信它还具有在医疗操作设备上取得突破的能力。这项工程非常成功。"

微任务用的微型机器人。

Suzuki和Wood研发了一种微型外科机器人,采用伍德实验室开发的Pop-UpMEMS制造技术,其中,材料彼此沉积在一起,然后以特定的模式进行激光切割,"弹出"出所需的三维形状,就像儿童弹出的绘本。该技术大大简化了复杂结构的制作,需要人工建造。

研究小组创造了一个平行四边形作为机器人的主要结构,然后制作了三个线性执行器(mini-AS)来控制机器人的移动:一个用于提升和降低四边形底部的平行四边形,一个用于垂直于平行四边形的旋转,另一个用于在四边形顶部伸展和收回工具。因此,与先前学术界开发的其他显微手术装置相比,机器人具有更小和更轻的特点。

这个微型LAS本身就是一个微型界的奇迹,它是由压电陶瓷材料组成,当施加电场时,材料会发生变形。这种形状的变化推动微型LAS的“运动装置”驱动机器人,就像火车在轨道上运行一样,沿“轨道装置”直线移动。因为压电材料会随其自身的形状变化而产生变形,所以研究小组还将LED光学传感器集成到Mini-LA中,作为一种方法来检测和纠正任何来自于所需动作的变形,如手的抖动引起的变形。

比手术用手更稳定

为模拟远距离手术的情况,研究小组将迷你RCM连接到PhantomOmni设备,作为操作迷你RCM的方法,响应用户控制笔状工具的手的动作。

首次试验中,研究人员使用手工和微型RCM两种跟踪方法,通过显微镜来评估人类对比圆珠笔尖还要小的微小物体进行跟踪的能力。相对于手工操作,小RCM明显提高了用户的准确度,误差降低了68%。提高准确度在修复人体中、精密结构方面尤为重要。

当MiniRCM成功地进行跟踪测试后,研究人员随后建立了一个名为视网膜静脉静脉的模拟手术。手术过程中,医生必须将针小心地插入眼睛,在眼球后面注射一种微量的静脉药物。研究人员制作了一个和视网膜静脉一样大小的硅胶管(约为人头发直径的两倍),成功地用针刺穿了它,并连接到迷你RCM的末端,而不会造成局部损伤或破坏。

小型RCM除了具有精密外科手术的优点之外,还提供了另一个重要优点:易于安装和使用,在出现并发症或断电时,可以很容易地用手从病人体内取出机器人。

“Pop-UpMEMS方法在需要小而精密的机器的许多领域被证明是有价值的,并且非常令人满意的是,它有潜力改善手术的安全性和效率,减少对病人的侵入性。”Wood说,他是哈佛大学JohnPaulson工程学和应用科学学院的查尔斯河工程学和应用科学教授。

研究者的目标是增加机器人操作者的力量,超过操作者所使用的最大力量,并提高其定位精度。同时,他们还采用短脉冲激光,提高了小尺寸LAs的传感器分辨率。

”“Wood实验室和索尼之间这种独特的合作方式展示了将工业的实际重点与学术领域的创新结合起来的益处,我们期待着在不远的将来看到这一成果对外科机器人技术的影响,”哈佛医学院和波士顿儿童医院血管生物学的犹大民间教授,SEAS生物工程教授,Wys研究所创始人DonIngber博士说。

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