斯坦福大学研究团队突破：微型机器人实现陆地与水中自如移动

hwyzw · 发表于前天 22:14

当我们谈论机器人时，我们脑海中浮现的大多数图像都是庞然大物，它们不太聪明，无法一遍又一遍地完成重复性任务。

然而，事实并非如此。

在机器人的世界里，还有一类微型机器人，其体型极小（或许只有纳米级），但非常灵活。它们不仅可以在液体环境中自由移动，完成拾取和运输物体等任务，而且还可以通过磁场和光驱动，实现非常高的速度、精度和敏捷性。

微型机器人因其体积小、功能多样而成为当前机器人领域的研究热点之一。它们有望执行各种任务并具有各种生物医学应用潜力。

然而，现有的折纸机器人需要复杂的系统来实现多功能性，并且运动模式有限，无法在陆地和水中移动。

现在，斯坦福大学的一个研究团队通过开发一种新型无线两栖毫米级折纸机器人解决了这个问题。

据介绍，这款两栖机器人可以利用磁铁和折纸折叠方式进行基于旋转的多向运动，在多种环境下移动并执行多种任务，例如受控液体药物输送和定向固体货物运输。

相关研究论文以“-”为题发表在科学期刊《自然通讯》（）上。

（来源：）

研究团队表示，新型毫米级折纸机器人未来或可作为生物医学诊断和治疗的微创设备。

越小越简单越好

如果您曾经吞下一颗圆形药丸，希望它能治愈从胃痉挛到头痛等各种症状，您就会知道大多数药物并不是针对某一特定部位的疼痛和疾病。

尽管近几十年来非处方药已经治愈了许多疾病，但科学家们也一直在探索能够精准治疗心血管疾病和癌症等复杂疾病的靶向给药方法，而微型机器人就是一个重要方向。一。

输送药物的微型机器人不是吞咽药丸或注射液体，而是保留药物直至到达目标，然后以高浓度释放。

在这项研究工作中，新型毫米级折纸机器人的横截面直径仅为7.8毫米，由折纸（由三角形组成的空心圆柱体）图案和附着的磁盘组成。

同时，利用折纸的折叠/展开能力，新型毫米级折纸机器人不仅可以实现滚动、翻转、旋转等动作，还可以通过泵送液体药物。

研究小组还强调，旋转作用提供了一种可用于运输货物的吸附机制。

如下图所示，新型毫米级折纸机器人具有沿着特定轨迹移动或输送药物的能力。

图|水中自适应运动

图片|攀登

图|液体药物在水中的定向输送

更重要的是，新型毫米级折纸机器人在水面、水面和水下以及充满粘液的猪胃内都能很好地工作。

图片|水陆两栖货物运输

图｜含有粘稠液体的猪胃内的运动

研究团队表示，这项研究工作具有开创性，因为它超越了大多数基于折纸的机器人的设计，这些机器人仅利用折纸的可折叠性来控制机器人的变形和运动。

除了研究折叠如何使机器人执行某些动作之外，研究团队还考虑了每个折叠的确切形状的尺寸如何影响机器人展开时的刚性运动。

新型毫米级折纸机器人的另一个独特设计是某些几何特征的组合。中心的纵向孔和两侧向上倾斜的横向狭缝可以减少液体阻力，从而保证机器人更好地运动。

据介绍，该机器人不仅可以提供一种便捷的方式来有效分配药物，还可以用来将仪器或摄像头携带到体内，从而改变医生检查病人的方式。

此外，研究团队正在研究使用超声波成像来跟踪机器人的运动，从而消除切开器官的需要。

展望下一个10年

机器人学是一门具有前瞻性的学科，旨在帮助人类克服一系列重大问题，特别是在医学领域。

去年11月，哈佛医学院在一篇综述文章中分析了2010年至2020年医疗机器人领域的8个重点研究课题，回顾了过去10年科学家在医疗机器人领域取得的许多令人兴奋的进展。。

八个重点科研课题分别为：腹腔镜机器人、微创手术非腹腔镜机器人、辅助可穿戴机器人、治疗康复机器人、胶囊机器人、磁驱动机器人、软体机器人和连续体机器人。

图｜8个重点研究课题的临床应用实例（来源：）

其中，磁驱动机器人技术日趋成熟，工程和医学论文呈指数级增长。但其发展趋势在一定程度上取决于微型机器人的临床应用能否快速发展。

自1990年以来超过19,000篇有关医疗机器人的工程论文中，只有少数可以被认为能够用于现有的商业医疗机器人，即使是具有较高技术影响力的论文也只有很少的专利引用。不多。

从某种程度上来说，造成这种现象的原因可能是技术发展与相应商业应用之间严重滞后，或者是技术研究与医疗器械商业化现实不匹配。

因此，将机器人技术应用于临床需要的不仅仅是撰写被广泛引用的研究文章，还必须确定真正的临床需求并开发相关技术来满足这些需求。

目前磁驱动的趋势表明，对磁尖导管和内窥镜的研究也正在回归本源，使科学家能够生产更小规模的可操作医疗设备，比复杂的拉线或电机设备更经济，这些设备可以无害地穿透整个身体。人体。

未来10年，我们可能会看到磁驱动机器人技术催化更有效的医疗治疗，从而加速商业实施和临床应用。

参考：