聚焦前沿科技，哈佛大學開發(fā)激光轉(zhuǎn)向微機器人

2021-01-20 13:26:29來源：OFweek激光網(wǎng) 關(guān)鍵詞：微機器人機器人閱讀量：22268

導(dǎo)讀：團隊面臨著光學轉(zhuǎn)向機構(gòu)的設(shè)計、致動和微細加工方面的挑戰(zhàn)，微型機器人能夠嚴格控制激光束從光纖中出來后的路徑。

　　2021年1月14日，來自哈佛大學Wyss研究所和John A.Paulson工程與應(yīng)用科學學院(SEAS)的機器人工程師開發(fā)了一種激光轉(zhuǎn)向微機器人，它可以與現(xiàn)有的內(nèi)窺鏡工具集成，用于微創(chuàng)手術(shù)。他們的方法被報道在《科學機器人》上。

　　內(nèi)窺鏡工具的末端必須高度靈活，以實現(xiàn)對目標組織中手術(shù)部位的可視化和操作。目前，通過光纖或電極輸送的可用的能量源，限制了手術(shù)精度，并可能在相鄰組織造成不必要的灼傷，產(chǎn)生煙霧。雖然激光技術(shù)將是一個有吸引力的解決方案，但激光束需要在內(nèi)窺鏡的遠端進行精確的引導(dǎo)、定位和快速重新定位，而目前可用的相對笨重的技術(shù)無法做到這一點。

　　該團隊面臨著光學轉(zhuǎn)向機構(gòu)的設(shè)計、致動和微細加工方面的挑戰(zhàn)，微型機器人能夠嚴格控制激光束從光纖中出來后的路徑。這些挑戰(zhàn)，再加上對速度和精度的要求，尺寸的限制讓開發(fā)設(shè)計難上加難。整個機器必須被安置在一個圓柱形結(jié)構(gòu)中，直徑約為飲管的直徑，才能用于內(nèi)窺鏡手術(shù)。

　　在懷斯研究所(Wyss)副教授查爾斯·瑞文(Charles River)工程與應(yīng)用科學教授羅伯特-伍德(Robert Wood)和懷斯研究所(Wyss)生物啟發(fā)工程研究所和SEAS的博士后彼得-約克(Peter York)的帶領(lǐng)下，研究人員開發(fā)了一個尺寸為6×16毫米的微型機器人，它能夠高速而精確地操作，并且可以與現(xiàn)有的內(nèi)窺鏡工具集成。

　　研究員約克說：“憑借其大范圍的銜接、小的足跡和快速精確的動作，激光轉(zhuǎn)向末端執(zhí)行器具有很大的潛力，只需要簡單地將它插入到現(xiàn)有的內(nèi)窺鏡設(shè)備中，就可以提高手術(shù)效果。”

　　在橡膠制的結(jié)腸中演示

　　激光轉(zhuǎn)向裝置在一個真人結(jié)腸大小的模型中進行演示。

　　該團隊展示了他們的激光轉(zhuǎn)向末端執(zhí)行器，微型化到直徑僅6毫米、長度僅16毫米的圓柱體。演示表明，該微型機器人能夠有效地繪制和跟蹤復(fù)雜的軌跡，例如可以在大范圍內(nèi)高速地進行多次激光消融，并且可以高度準確地重復(fù)。

　　"對于轉(zhuǎn)向和重新引導(dǎo)激光束，我們發(fā)現(xiàn)用三個小鏡子來配置直徑為6毫米，長度為16毫米的設(shè)備，可在一個小小的振鏡中相對于彼此快速旋轉(zhuǎn)。"機械工程師Rut Pena說：“為了達到這一目標，我們利用了我們的微加工武器庫中的方法：模塊化組件逐步層壓在毫米級的上層建筑上。這個微加工武器的方法是涉及到快速迭代設(shè)計時候的較佳方案，是提供大規(guī)模制造成功產(chǎn)品的穩(wěn)健策略。”

　　教授伍德表示：“在這種多學科的方法中，我們設(shè)法利用我們的能力，迅速建立復(fù)雜的微型機器人機制，我們在過去十年中開發(fā)了這種機制，為臨床醫(yī)生提供一種非破壞性的解決方案，使他們能夠在挽救生命或者發(fā)現(xiàn)潛在生命威脅的情況下，在人體內(nèi)推進微創(chuàng)手術(shù)。”

　　為了進一步證明該設(shè)備在連接到普通結(jié)腸鏡末端時，可以應(yīng)用于內(nèi)窺鏡任務(wù)，York和Pea在Wyss臨床研究員Daniel Kent的建議下，該設(shè)備連接到結(jié)腸鏡的末端，在一個由橡膠制成的臺式幻影組織上模擬切除息肉。該團隊利用遠程操作成功地引導(dǎo)該設(shè)備穿過組織，并切除息肉。

　　這項研究由美國國家科學基金會(National Science Foundation)以及懷斯生物啟發(fā)工程研究所(Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering)資助。

　　Wood的微機器人研究人員與Wyss研究所的技術(shù)轉(zhuǎn)化專家對此項研究成果申請了專利。

　　(原標題：哈佛大學開發(fā)激光轉(zhuǎn)向微機器人)

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