美國范德比爾特大學工程師設計的一種新型連續(xù)體機器人實現(xiàn)了多尺度運動，可能會打開一個以前不可能完成的復雜顯微外科手術的巨大世界。
通過在結構內(nèi)部添加可以滑入和滑出管狀骨架的金屬絲（紅色），該多骨骼機器人可以增強具有微米級運動能力的微觀運動工作空間。就尺度而言，一英寸包含25400微米一個人的紅血球大約有8微米寬，與一些細菌的大小相同，并且明顯小于人類頭發(fā)的平均寬度。可以通過直接驅(qū)動，推動和拉動它們，連續(xù)運動中機器人的配置會發(fā)生變化。
“我們的設計通過使用廉價的執(zhí)行器來實現(xiàn)1微米或更小的運動分辨率。這種重新配置（以最低的附加成本）可以加速新型外科手術機器人的開發(fā)，該機器人既可以進行手術干預的宏觀運動，又能進行細胞水平成像或干預的微觀運動，并且可以進行微尺度運動。”機械級教授兼高級機器人與機械應用實驗室主任Nabil Simaan說。他說：“這極大地擴展了微創(chuàng)手術機器人的功能。”
微型化和活動范圍允許在復雜的動脈瘤，微小的靜脈和動脈，神經(jīng)以及眼睛，內(nèi)耳和聲帶的脆弱結構的手術過程中進行精確控制。潛在的應用包括活檢，根除腫瘤和在細胞水平上靶向藥物遞送。
Simaan和他的團隊通過改變機器人的平衡姿勢，使他先前的連續(xù)體機器人的靈活體系結構適應了宏觀和微觀的要求，Simaan稱其為具有平衡調(diào)制或CREM的連續(xù)體機器人。
以前的連續(xù)體機器人的靈活體系結構實現(xiàn)了像蠕蟲一樣的宏操作。機器人被分割成圓盤或圓環(huán)，就像worm的身體一樣。每個圓盤通過微小的骨架或致動管連接在一起。通過在致動管內(nèi)添加細小的彈性線并上下移動線，板的靜態(tài)平衡會發(fā)生變化，從而在微米級產(chǎn)生運動。
范德比爾特外科工程學院的附屬機構Simaan表示：“這種新型的機器人將在穿越宏大的彎曲路徑到達手術部位的同時提供微精度，潛在的好處包括精確的組織重建和腫瘤的徹底手術根除。”
該機器人使用管狀二級骨架來實現(xiàn)大規(guī)模運動。通過推和拉它們，連續(xù)機器人的配置發(fā)生變化，增加的線路可以滑進和滑出管狀骨干，使研究小組能夠調(diào)整平衡形狀。
此外，目前他們正在進行廣泛的測試，以便將光學相干斷層成像技術（optical coherence tomography）納入其中，這是一種有效的“光學超聲”，可以從組織內(nèi)部進行成像反射。
Simaan和他的同事，機械工程研究生Giuseppe Del Giudice，眼科學和視覺科學的研究助理教授，沉金慧和醫(yī)師Karen M.Joos，Joseph N.和Barbara H.Ellis家庭眼科學教授已經(jīng)完成了初步整合定制的OCT探針。
Joos的特別研究興趣是將微型OCT探針與機器人手術工具一起使用，以改善眼內(nèi)手術的可視化。Del Giudice的專長是微連續(xù)醫(yī)療機器人的設計和控制，尤其是眼科手術的微操縱。
Simaan說，通過提供顯著提高的靈活性，可控制性和精確性給外科醫(yī)生，甚至甚至開創(chuàng)了以前不可能的程序，擴展微型連續(xù)運動機器人在微尺度運動和靶向性方面擴展標準連續(xù)體機器人的功能可能會對顯微外科手術產(chǎn)生深遠影響。
