Nature子刊,！香港科技大學(xué)3D打印世界最小多功能生物醫(yī)學(xué)機(jī)器人

2025年3月11日,，南極熊獲悉,，來自香港科技大學(xué)的研究人員成功研發(fā)出全球最小的多功能生物醫(yī)學(xué)機(jī)器人,，比現(xiàn)有型號(hào)小 60%,。這款機(jī)器人能夠進(jìn)行成像,、高精度運(yùn)動(dòng)以及采樣,、藥物輸送和激光消融等多功能操作，具有競(jìng)爭(zhēng)力的成像性能和十倍的障礙物檢測(cè)能力,，為機(jī)器人在人體狹窄和具有挑戰(zhàn)性的通道（如肺末端支氣管和輸卵管）中的應(yīng)用鋪平了道路,。

相關(guān)研究成果以題為“Sub-millimeter fiberscopicrobot with integrated maneuvering, imaging, and biomedical operation abilities”的論文發(fā)表在《自然通訊》期刊上。

論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41467-024-55199-6

機(jī)器人整體外形纖薄,，僅0.95 毫米,，比目前的內(nèi)窺鏡機(jī)器人小 60%，實(shí)現(xiàn)了“不可能的三位一體”，在一個(gè)機(jī)器人中同時(shí)集成了所有三個(gè)重要規(guī)格,。它提供具有競(jìng)爭(zhēng)力的成像性能,，并將障礙物檢測(cè)距離延長(zhǎng)至約 9.4 毫米，比理論極限提高了十倍,。它還實(shí)現(xiàn)了卓越的運(yùn)動(dòng)精度（小于 30 微米）,，并將成像區(qū)域大幅擴(kuò)大了約 25 倍。

△具有成像,、機(jī)動(dòng)和醫(yī)療操作能力的基于光纖的亞毫米連續(xù)機(jī)器人概覽,。

這款機(jī)器人由電子與計(jì)算機(jī)工程系副教授沈雅靜團(tuán)隊(duì)開發(fā)，微型尺寸由四個(gè)主要部件組成,。這些部件包括用于捕捉體內(nèi)圖像的光纖陣列,、用于在需要的地方精確施行治療的定制工具、用于固定光纖和工具的空心骨架,，以及能夠精確控制機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的功能化皮膚,。

中空骨架由微型 3D 打印機(jī)制成，功能化皮膚則通過磁性噴涂技術(shù)制成,，這有助于保持機(jī)器人體積小巧,，并使其在手術(shù)過程中輕松滑動(dòng)。它還具有凝膠狀外層,，可減少摩擦,。研究團(tuán)隊(duì)已在體外支氣管模型和離體豬肺中測(cè)試了機(jī)器人，展示了在狹小空間內(nèi)的平穩(wěn)導(dǎo)航,，同時(shí)成功捕捉清晰的圖像并在困難區(qū)域進(jìn)行治療,。

沈教授表示：“小型連續(xù)機(jī)器人有望應(yīng)用于介入診斷和治療，但現(xiàn)有模型往往在緊湊性,、精確導(dǎo)航和可視化功能治療方面存在困難,。我們的研究為開發(fā)一種手術(shù)機(jī)器人提供了重要的解決方案，旨在實(shí)現(xiàn)難以觸及的身體部位的早期診斷和治療目標(biāo),。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步,，我們相信光纖機(jī)器人將在可預(yù)見的未來為人類健康做出更大的貢獻(xiàn)�,！�

由于小型連續(xù)機(jī)器人能夠在狹窄的腔內(nèi)導(dǎo)航,，同時(shí)恢復(fù)速度快，感染風(fēng)險(xiǎn)低,，因此已被用于治療多種疾病,，包括心臟病（通過部署支架和電生理導(dǎo)管）以及使用單孔腹腔鏡修復(fù)胃和十二指腸潰瘍穿孔等,�,；�于這項(xiàng)成功的發(fā)明,，研究團(tuán)隊(duì)計(jì)劃進(jìn)一步完善機(jī)器人的功能，適應(yīng)實(shí)際環(huán)境,。

△連續(xù)機(jī)器人在離體豬模型中的功能演示

香港科技大學(xué)博士后研究員張鐵山博士表示：“我們的目標(biāo)是進(jìn)一步優(yōu)化光纖機(jī)器人的設(shè)計(jì)和控制,，以介入手術(shù)的安全性和可靠性為首要任務(wù)。我們期待進(jìn)行體內(nèi)試驗(yàn),，以證明在臨床場(chǎng)景中的表現(xiàn),。”張鐵山博士是這項(xiàng)研究的兩位共同第一作者之一,，另一位是李根博士,。其他來自科大的合著者包括電子與計(jì)算機(jī)工程系的研究助理教授楊雄博士和博士生趙浩翔。