更完美的醫(yī)療機器人

　　近年來，生產(chǎn)機器人產(chǎn)品所發(fā)展出來的機器人核心技術(如傳感器、執(zhí)行器、控制算法和機構(gòu)學)是人們負擔得起并且可以獲得的，這些技術正在滲透到各種各樣的醫(yī)學應用中去。

　　醫(yī)療機器人在進步

　　醫(yī)療機器人的一個典型例子，是來自直覺外科手術公司的達芬奇機器人。達芬奇機器人是一個多手臂的、可遙控的微創(chuàng)手術工具，它已經(jīng)在從泌尿外科到心臟病的一系列手術中成功使用。然而，盡管它有令人印象深刻的安裝記錄，但是在大型醫(yī)療中心和機構(gòu)以外使用則過于昂貴。

　　而現(xiàn)在，則有一個開發(fā)新型、經(jīng)濟可負擔得起的機械工具的機會，該工具應該更為靈巧，并可為醫(yī)生提供額外的功能。例如，有了智能、動態(tài)填補導管和實時的運動跟蹤的功能(如3D超聲波)，不需要停止心臟就可以讓心臟看起來對手術操作者靜止，從而可以進行微創(chuàng)心臟手術。

　　有了顯微操縱器，一些神經(jīng)或者微血管的吻合術完成起來更為簡單，可以安全控制和操作這些微妙的結(jié)構(gòu)。最后，可能看到一些類似觸手和蛇一樣的可操縱針頭和內(nèi)視鏡，它們幫助我們到達身體內(nèi)難以接觸到的位置。總的來說，這些機器工具利用配備的傳感器，使協(xié)作的控制者能夠作為醫(yī)生的延伸部分來工作。

　　大部分現(xiàn)存的生物醫(yī)藥機器人—無論是手術的或者可穿戴的—都是堅硬的。鑒于要在組裝時操縱重型組件，最初使用機器人操作是為了快速、高精度以及重復的動作，故其堅硬是有歷史意義的。但人體除了骨頭，大多數(shù)組織是柔軟的。

　　這意味著堅硬的生物醫(yī)學機器人必須依靠精確傳感器的反饋和高性能控制系統(tǒng)，來確保病人的安全。換句話說，即柔軟的機器人很有意義。使用聚合物創(chuàng)建機器人—具體來說，模彈性體可與人類皮膚相比擬—自動消除了許多人類—機器人交互的安全擔憂。不過同時也產(chǎn)生了一個問題：高度兼容、非線性的材料帶來了建模、生產(chǎn)力和控制的挑戰(zhàn)，會導致不精確的運動。

　　然而，柔軟機器人的前景已經(jīng)刺激一個交叉材料、機械和電氣工程的新興領域，以及旨在體現(xiàn)和皮膚一樣柔軟的核心機器人技術的生物學的發(fā)展。

　　柔性機器人前景廣闊

　　下一代可以穿戴的機器人，將使用例如紡織品和彈性體這樣的柔軟材料，提供一個更舒適、不引人注目和兼容的手段來和人類身體接觸。這些機器人將通過改善步行效率或者增加握力來增加健康個體的功能。此外，可穿戴的機器人將協(xié)助患有身體或神經(jīng)系統(tǒng)疾病的病人。不同于包含剛性框架元素的傳統(tǒng)外骨架，這些柔軟的系統(tǒng)穿起來如同衣服，匹配自然的肢體動作，當需要時仍然可以提供實質(zhì)性的力量和扭矩。

　　生物醫(yī)學機器人的另一個機遇是降低物理尺度。前面提到的有關情況的一方面是精細結(jié)構(gòu)和組織的操作。然而，精密控制不一定是由小型機器人完成。事實上，許多精密控制系統(tǒng)有大量的基礎設施。另外，如果系統(tǒng)的特征維度降低，新的微創(chuàng)手術變得可行。為了使微型手術機器人成為現(xiàn)實，必須開發(fā)新的微型和中型工業(yè)模范，強調(diào)生物相容性以及電氣和機械組件的單塊集成電路一體化。

　　最近一個被稱作“立體書微機電系統(tǒng)”的解決方案，借鑒兒童立體書，結(jié)合了微加工和三維裝配方法，不需要更多傳統(tǒng)的“具體的”組裝就可以實現(xiàn)復雜的結(jié)構(gòu)和機電機制。

　　上述研究例子發(fā)展到商業(yè)化道路還很漫長，特別是考慮到需要監(jiān)管部門的批準。盡管如此，膠囊內(nèi)視鏡已經(jīng)邁出了步伐—即“PillCam”—可以在診斷過程中被動地穿過胃腸道，同時還有眼內(nèi)給藥及相關程序的微型可操縱機器人。

　　鑒于機器人輔助醫(yī)療的前景，對學術界產(chǎn)生巨大的推動以及醫(yī)療設備行業(yè)為臨床應用開發(fā)更小、更柔軟和更安全的機器人就不足為奇了。也許很快未來的診斷程序?qū)⒂梢槐嬃匣蛘呶⑿蜋C器人注射組成，物理治療也許僅僅穿上一條褲子就能達到最好療效。