科羅拉多大學(xué)博爾德分校實(shí)驗(yàn)室的機(jī)械工程師Franck Vernerey研制專用于體內(nèi)醫(yī)藥治療的軟體機(jī)器人。
大家對(duì)于軟體機(jī)器人已不陌生，它們大多是采用紙質(zhì)和硅橡膠制成，能夠彎曲、扭轉(zhuǎn)和抓起自身重量100多倍的物體。不過(guò)，目前它們也只是被用于救援現(xiàn)場(chǎng)，在醫(yī)藥領(lǐng)域尚無(wú)應(yīng)用。
對(duì)此，科羅拉多大學(xué)博爾德分校實(shí)驗(yàn)室的機(jī)械工程師Franck Vernerey研制出了專門用于醫(yī)藥治療的軟體機(jī)器人，并且他還表示在醫(yī)藥領(lǐng)域應(yīng)用的機(jī)器人，只能以軟體蠕動(dòng)的形式構(gòu)造。
據(jù)悉，在醫(yī)藥領(lǐng)域，雖然藥物治療的方式是一種很古老的治療疾病的方式，但并非最佳方式。因?yàn)闊o(wú)論是服用還是攝入藥物，該治療方式的針對(duì)性都不強(qiáng)，且對(duì)身體的其他部位存在著副作用。
為此，科學(xué)家希望將藥物直接送至傷口或病源處，但人體的結(jié)構(gòu)并非像路面一樣平坦，不僅曲折而且脆弱，所以即便是采用微型機(jī)器人，也需要考慮電池的供電性能和移動(dòng)方式等因素。對(duì)此，Vernerey提出，形似“蛆蟲”的機(jī)器人可以解決這類問(wèn)題。
首先我們來(lái)了解一下蛆蟲的運(yùn)動(dòng)，其實(shí)主要就是身體的延伸和收縮。
對(duì)此，Vernerey解釋道：“蛆蟲的運(yùn)動(dòng)，前后的滑動(dòng)比向兩側(cè)的移動(dòng)要容易得多，它們身上有微小的尖峰，當(dāng)蛆伸展身體時(shí)，尖峰的表面會(huì)沾上腐爛的食物；當(dāng)它們收縮身體時(shí)，尖峰的尖端和路面的表面咬合在一起，形成摩擦，身體就會(huì)向前移動(dòng)。”
于是，Vernerey就希望用水凝膠再現(xiàn)蛆蟲的蠕動(dòng)動(dòng)作。該機(jī)器人是由一種根據(jù)溫度吸收或吐出水分的合成材料制成，它看起來(lái)像是橡膠海綿。
據(jù)了解，該材料的膨脹或收縮取決于溫度的高低。此處，Vernerey進(jìn)一步解釋道：“這項(xiàng)研究中使用的水凝膠在溫度為32攝氏度時(shí)顯示出劇烈且可逆的相變，在32攝氏度以下，水凝膠會(huì)親水；而高于該溫度，水凝膠就不吸水了。”
但是想要在水凝膠上安裝類似蛆蟲身上的尖峰是很難的一件事，取而代之，Vernerey在機(jī)器人內(nèi)部印制了鱗片狀的3D管。
理論上，我們可以通過(guò)溫度來(lái)誘導(dǎo)這種藥用機(jī)器人穿過(guò)人體的腸道，為設(shè)定好的地方提供藥物，但是事實(shí)遠(yuǎn)沒有想象的那么簡(jiǎn)單。
確定好了結(jié)構(gòu)與材料后，Vernerey需要選擇機(jī)器人的尺寸來(lái)測(cè)試在哪種機(jī)械應(yīng)力下水凝膠的彎曲收縮能力最優(yōu)。此外，關(guān)于機(jī)器人的形狀大小，他也需要慎重選擇。
根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，研究團(tuán)隊(duì)找出了最優(yōu)的角度，以及機(jī)器人的最佳尺寸（比拇指還要小很多）。
不過(guò)有一個(gè)問(wèn)題尚未解決，雖然機(jī)器人身上有鱗片，但是我們?nèi)梭w腸道內(nèi)部是沒有鱗片的，這也就意味著沒有抓地力。但Vernerey表示，將會(huì)采用磁性納米材料，將其嵌入水凝膠中，以達(dá)到最終的爬行要求。
