近日，中國科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院集成所智能仿生中心尚萬峰課題組與香港科技大學(xué)智能制造中心合作，在微型機(jī)器人領(lǐng)域取得新的進(jìn)展,相關(guān)研究成果發(fā)表于《IEEE機(jī)器人匯刊》。
研究團(tuán)隊(duì)針對(duì)血管等流體環(huán)境下微型醫(yī)療機(jī)器人逆流游動(dòng)難、控制力不足等挑戰(zhàn)，提出了無束縛微型機(jī)器人獨(dú)特軟膜膠囊結(jié)構(gòu)及其掛壁旋進(jìn)的控制策略，為微型磁性機(jī)器人在實(shí)際血管中應(yīng)用提供了新的研究思路和解決方案。
心血管疾?。–VD）是全球死亡率最高的疾病之一，大約 80%的CVD死亡是由心臟病發(fā)作和腦卒中引起的。為了實(shí)現(xiàn)微創(chuàng)CVD疾病治療的最終目標(biāo)，近年來科學(xué)家提出了許多用于血管的磁性無束縛機(jī)器人。但由于血液流動(dòng)性，血管中無繩系、無束縛的微型機(jī)器人承受著巨大阻力，很難在自由狀態(tài)下保持靜止，更難于實(shí)現(xiàn)逆流而上的定點(diǎn)給藥控制。
為降低無線機(jī)器人在血管中所受流體阻力，研究團(tuán)隊(duì)提出了流線型結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和更易于臨床應(yīng)用的貼壁運(yùn)動(dòng)策略。結(jié)合橢圓弧線和拋物線的設(shè)計(jì)使機(jī)器人相較于傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)所受流體阻力減少了約58.5%。貼壁的運(yùn)動(dòng)模式使得機(jī)器人可在流體阻力較低的管壁處前進(jìn)，相較于管中央前進(jìn)的經(jīng)典方式，流體阻力進(jìn)一步減少約30.7%。
旋轉(zhuǎn)勻強(qiáng)磁場(chǎng)驅(qū)動(dòng)模式受到截止頻率限制，無法提供充足的動(dòng)力以實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的高速逆流運(yùn)動(dòng)，因而限制了此類磁驅(qū)機(jī)器人在臨床中的進(jìn)一步應(yīng)用。
對(duì)此，研究團(tuán)隊(duì)建立了貼壁旋轉(zhuǎn)磁驅(qū)策略，通過勻速旋轉(zhuǎn)梯度磁場(chǎng)在流線機(jī)器人表面產(chǎn)生的高效磁旋推“拖拽”力克服流體阻力，使機(jī)器人在運(yùn)動(dòng)過程中受到均勻的動(dòng)摩擦力，從而可控制無線機(jī)器人在管中勻速前進(jìn)，解決了由于傳統(tǒng)梯度磁場(chǎng)驅(qū)動(dòng)機(jī)器人時(shí)靜摩擦力不斷變化的擾動(dòng)而使機(jī)器人運(yùn)動(dòng)卡頓、不穩(wěn)定等問題，達(dá)到約143毫米每秒的相對(duì)逆流速度。
機(jī)器人逆流控制系統(tǒng)及其體外實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證 科研團(tuán)隊(duì)供圖
為探究新方法的臨床潛力，研究人員在豬血管中進(jìn)行了機(jī)器人運(yùn)動(dòng)能力的測(cè)試。通過將一段130毫米的豬腹主動(dòng)脈與蠕動(dòng)泵連接，模擬了2700立方毫米每秒的血流環(huán)境。機(jī)器人成功在26秒內(nèi)通過血管，充分驗(yàn)證了機(jī)器人在真實(shí)血管中的逆流運(yùn)動(dòng)能力，使血管內(nèi)無線機(jī)器人的臨床應(yīng)用成為可能。
相關(guān)論文鏈接：
https://ieeexplore.ieee.org/abstract/document/10064641/authors#full-text-header
本文鏈接：http://www.3ypm.com.cn/news-8-207-0.html研究人員研發(fā)出逆流而上的自矢量微型機(jī)器人
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