栗子 鱼羊 发自 凹非寺 ( T. x& J$ @0 S( H
量子位 报道 | 公众号 QbitAI
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人类大脑里，血管又细又曲折，管壁还很脆弱。 , H O' V- o6 _/ T8 H- d6 P y) X' m
于是，一旦发生血管栓塞，医生要小心翼翼把导管插到精确的位置，再用激光去除血栓。
/ H# e1 q8 [: K. m, h2 ^操作很难一次成功，手术过程漫长艰辛。
- l& [& ]- C( ^( z1 D" z+ v+ y, K但现在，MIT团队开发了一只新的机器人，就是这条优雅的黑线：
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细长柔软的它，在狭窄蜿蜒的通道里，也能快速自如地穿梭，大角度转弯都难不倒。
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一个秘密是，机器人的内心是磁力驱动的。 % x" C% W0 M) |
从前，医生直接动手插入导管，碰到急转弯就很难操作，进度缓慢；而磁驱动的机器人，头部可以快速转向，更顺利地到达目的地。 , h# u- n& r8 r* T# ~
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另一个秘密，是机器人的水凝胶皮肤，把摩擦力降到了原来的1/10，也是车速加快的关键。8 z. i1 G2 _ ?0 O. `2 n
, ]3 }: i) W2 |: d) X外表柔软，内心坚定。清除血栓，可以变得更快更精确。
7 g: q5 T0 Q7 R* N- f5 f P把这样的机器人用在微创手术里，可以降低对医生经验的要求，也可能通过远程控制，在医疗资源匮乏的地区派上用场。 # s C) \/ x# u) P+ M7 F) O# s
于是，它登上了最新一期的Science Robotics。 . f0 Y) ~& x2 ]4 n
外表柔软，内心坚定4 N8 V5 L6 S2 p( y
, k9 |* a# N9 d: L3 C3 J. L7 O8 W# @; w+ m团队说，虽然传统的导丝，也是在里面用了金属合金，在外面涂了聚合物； 3 O8 m3 y& U7 y0 ^ p& k- m8 B" v
但这样的材料会产生摩擦力，再加上机械的驱动方式，如果卡在一个狭窄的空间，很容易破坏血管的内壁。
; A a6 a- g2 ^$ Z m8 l所以，驱动和摩擦，这两个问题都要解决。 % Q# b- p8 `6 x2 n# [
首先，团队想到了磁力控制。团队在柔软有弹性的、镍钛合金的油墨 (Ink) 里，加入了钕铁磁： ! j" Y. I# n) Y
0 w4 B, [: b. m- ~, c$ Y- \你看，左边是没有额外添加磁性的油墨，画成了一滩泥；右边加上磁性，就站起来了。
. b: {4 ]1 g% L$ x5 W% M; p z这便是机器人内在的材质。下一步要解决外在的皮肤。 ) c X1 r- G5 ^# P! b
开始，团队是用普通的橡胶膏 (Rubber Paste) 来做涂层，但这种材料会影响机器人对磁力的反应。 % H4 ?' K$ f- p, f6 l+ W, z
后来，研究人员选择了水凝胶，它除了不会让机器人对磁力的反应变弱，还拥有平滑的表面，可以把摩擦力降到原来的1/10。 $ {. I+ C: Z5 t) u2 u! Z/ {3 C
另外，水凝胶的生物相容性，对人体也更加友好。
: v' `+ q2 o! _$ J$ J7 y5 I) R! T用这两种材质造出的机器人，感受到不同的磁场，就能实现不同程度的转弯：
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你看，水凝胶皮肤 (左) 与普通皮肤的机器人相比，速度快了许多：: M: V! d3 Z: |/ Q, l7 h4 V8 v) N
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! A) W* w" e8 m E$ q只要在头部加上激光，就可以用来清除血栓。另外，定点给药也可以达成。
; a* O0 L: D6 |1 n0 T, v那么问题来了，内外这两种材质，是怎么变成机器人的呢？
k, m4 ]/ ~- M4 [0 z这只软体机器人是用3D打印技术制作。 + e# p# p5 i+ A4 l( a
8 M. N/ G, q \+ c6 c2 w$ n不同于熔融的热塑性聚合物的常规挤压，3D打印不需要通过加热来溶解、流化油墨。磁化油墨的剪切稀化（假塑性）表现使得复合油墨在加压后能轻松挤出，并且屈服应力的存在能使油墨保持形状，形成一条线，而不是变成一滩糊糊。
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当需要额外的机械支撑或功能时，可以通过注射成型技术将功能核心结合到机器人的“身体”当中。 $ M% }! u6 ?! x, N/ z" x& @! G) ]1 D
此外，由于铁含量高，铁磁合金容易被腐蚀。
" `7 ?. E- {4 \: ]4 D+ @为了防止嵌入的钕铁硼颗粒在与水凝胶皮肤的水合界面处被腐蚀，研究团队在颗粒周围涂上了一层薄二氧化硅。
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颗粒形成交联的二氧化硅壳，厚约10nm，能有效地抗击腐蚀。
9 {7 s* Y$ v$ E6 V& y+ b仍在进化中
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甫一出生，这条“线”已经展现出了巨大的潜力。
$ @6 y! @: ^* s* O# I首尔国立大学软体机器人未来科技中心主任Kyu-Jin Cho评价说：
" y a) ]# W& `% p- V* L4 h5 l这个机器人设计简单，比起传统的商业导管来说，也更稳定，更安全。对于脑科医生而言是能解决大问题的。
( N% ]7 w. T; H( r 不过，虽然潜力无穷，这个机器人还是进化中的状态。团队表示，未来可期，仍需努力。 0 |: g" |- m4 ~& a L) g
首先，团队希望在下一步工作中，给机器人加入精准传感器，实现微流体给药，超声以及电治疗功能。 ) ^3 m4 S9 r) }9 t$ ?3 \$ J# X
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而更重要的，是实现远程控制。 ( b9 h. H% ~, s- ?% R0 i6 N7 l
就像他们一开始所设想的那样，团队希望在这款机器人的帮助下，医生不必靠近放射源，也能在复杂血管中进行快速导航和微创手术。 1 l6 }( L2 J+ H
这样一来，就避免了X射线反复辐射对医生造成的伤害。 7 Q3 P. w4 g0 a: k# W4 {$ e
更重要的一点是，这能让那些身在医疗资源缺乏地区的患者，也能及时接受治疗。 ; }; t! T- @2 ], J
要知道，如果患者能在急性中风的前90分钟得到治疗，生存率能明显提高。 8 A2 D a w |/ n+ O" M2 j
论文一作Yoonho Kim希望结合现有的磁性技术血管手术方法来快速实现这一点。 + X4 L+ B+ P& g/ d. k
现有的技术可以在施加磁场的同时，对患者进行透视检查，如此一来，医生可以在另一个房间，甚至在不同的城市，用操纵杆来控制磁场，引导我们的体内机器人完成手术。5 R# o0 ?' R; E# W8 s+ z+ Q
MIT团队
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6 D8 {( j: W" D机器人的创造者们来自麻省理工学院华人教授赵选贺的团队。 3 I; Y& Q% B- c
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论文通讯作者赵选贺教授本科毕业于天津大学，此后先后在不列颠哥伦比亚大学和哈佛大学求学，拿下了哈佛大学的机械工程博士学位。 % _+ t* n+ M; D( F$ R/ p! V% O
他专注于软材料和生物电子学的研究，有关磁驱动实现复杂3D形状之间快速转换的论文曾登上过Nature封面。 : R3 H/ b& s: }
论文一作则是来自韩国的Yooho Kim。
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+ @/ d# w* _$ N- {7 a9 HYooho Kim小哥以优异的成绩从韩国首尔大学毕业，目前正师从赵选贺教授攻读博士，研究方向包括软活性材料的制造与设计，软材料力学，以及用于生物医学应用的非常规软机器人。
x; ^* t Y) v2 x2 p6 o5 L论文的其他作者还包括German Parada和清华大学的访问学生刘圣铎。
7 I( b5 e7 {9 _, P+ Y L# ^! J传送门3 l# `8 a. e, W' ~* ]
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论文地址：
: k$ z7 y! ^8 `& J- Qhttps://robotics.sciencemag.org/content/4/33/eaax7329/tab-pdf
, x! n1 m$ X6 q% \5 `1 I— 完 —
# L0 T% q% ?7 [AI社群 | 与优秀的人交流. {' ]# p. y& S) H: N! a( X9 B, Y
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来源：http://mp.weixin.qq.com/s?src=11×tamp=1567154220&ver=1821&signature=3ewlo7qGb07FRDhiQtd**j3EcJVTMj3IGpJoaSHSASk-MIHObvSTfikemiQA*crDdLrLP7mqgcsnlolsX4btM9dx27jiiN1kRMgjBfQQYR15f*cXNle*IhogB6UTpSmB&new=1
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发表于 2019-8-30 16:53:57
