近日，中國科學(xué)院深圳先進技術(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，在微型機器人領(lǐng)域取得新的進展,相關(guān)研究成果發(fā)表于《IEEE機器人匯刊》。
機器人逆流控制系統(tǒng)及其體外實驗驗證科研團隊供圖
研究團隊針對血管等流體環(huán)境下微型醫(yī)療機器人逆流游動難、控制力不足等挑戰(zhàn)，提出了無束縛微型機器人獨特軟膜膠囊結(jié)構(gòu)及其掛壁旋進的控制策略，為微型磁性機器人在實際血管中應(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器人。但由于血液流動性，血管中無繩系、無束縛的微型機器人承受著巨大阻力，很難在自由狀態(tài)下保持靜止，更難于實現(xiàn)逆流而上的定點給藥控制。
為降低無線機器人在血管中所受流體阻力，研究團隊提出了流線型結(jié)構(gòu)設(shè)計和更易于臨床應(yīng)用的貼壁運動策略。結(jié)合橢圓弧線和拋物線的設(shè)計使機器人相較于傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)所受流體阻力減少了約58.5%。貼壁的運動模式使得機器人可在流體阻力較低的管壁處前進，相較于管中央前進的經(jīng)典方式，流體阻力進一步減少約30.7%。
旋轉(zhuǎn)勻強磁場驅(qū)動模式受到截止頻率限制，無法提供充足的動力以實現(xiàn)機器人的高速逆流運動，因而限制了此類磁驅(qū)機器人在臨床中的進一步應(yīng)用。
對此，研究團隊建立了貼壁旋轉(zhuǎn)磁驅(qū)策略，通過勻速旋轉(zhuǎn)梯度磁場在流線機器人表面產(chǎn)生的高效磁旋推“拖拽”力克服流體阻力，使機器人在運動過程中受到均勻的動摩擦力，從而可控制無線機器人在管中勻速前進，解決了由于傳統(tǒng)梯度磁場驅(qū)動機器人時靜摩擦力不斷變化的擾動而使機器人運動卡頓、不穩(wěn)定等問題，達到約143毫米每秒的相對逆流速度。
機器人逆流控制系統(tǒng)及其體外實驗驗證科研團隊供圖
為探究新方法的臨床潛力，研究人員在豬血管中進行了機器人運動能力的測試。通過將一段130毫米的豬腹主動脈與蠕動泵連接，模擬了2700立方毫米每秒的血流環(huán)境。機器人成功在26秒內(nèi)通過血管，充分驗證了機器人在真實血管中的逆流運動能力，使血管內(nèi)無線機器人的臨床應(yīng)用成為可能。
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https://ieeexplore.ieee.org/abstract/document/10064641/authors#full-text-header
