致命的腸道癌癥發(fā)病率正不斷上升，早期診斷是戰(zhàn)勝它的最佳機會。但目前用于檢查消化道的技術具有強侵入性，讓許多患者望而卻步。部分研究人員希望，尺寸與維生素膠囊相當?shù)娜嵝源趴?a class="contentlabel" href="http://cqxgywz.com/news/listbylabel/label/機器人">機器人，能在短短幾年內取代這些診斷方法。

中國澳門大學機電工程教授 Qingsong Xu 帶領團隊，近期推出了一款受非洲蜘蛛移動方式啟發(fā)的微型機器人原型。這種蜘蛛并非爬行，而是在納米比亞沙漠沙丘上翻滾前行。

這款機器人由類橡膠磁性材料制成，已在動物的胃、結腸和小腸中完成測試。研究人員表示，它成功穿越了消化道 “復雜環(huán)境”—— 這里布滿黏液、急轉彎，還有高達 8 厘米的障礙物。

如今的檢查流程使用內窺鏡：醫(yī)生將帶有攝像頭的柔性導管通過口腔或直腸插入患者消化道。由于會給患者帶來極大不適，該過程需要鎮(zhèn)靜處理；且內窺鏡操作不當可能造成嚴重傷害，包括腸穿孔。部分患者可能因恐懼而拖延檢查，這可能導致癌癥擴散等災難性后果。胃潰瘍、克羅恩病等其他疾病也需通過內窺鏡診斷。

“傳統(tǒng)內窺鏡會帶來強烈不適，且難以觸及體內復雜的深層區(qū)域。”Qingsong Xu 向 IEEE Spectrum 表示，“這款柔性磁控機器人的研發(fā)目的，是提供一種微創(chuàng)、可控且靈活性極高的替代方案。”

機器人的移動原理

Qingsong Xu 團隊研發(fā)的柔性磁控機器人，為內窺鏡檢查提供了更易被接受的選擇。這款機器人尺寸與大型維生素膠囊相當，患者可相對輕松地吞咽，在外部施加的磁場驅動下，穿過胃、小腸和大腸全程。這個微型 “蜘蛛機器人” 能對復雜的消化道環(huán)境進行詳細檢查，且不會給患者帶來過多困擾。任務完成后，它會像食物殘渣一樣自然排出體外。

研究團隊在本月發(fā)表于 International Journal of Extreme Manufacturing 國際期刊的論文中提到，其他團隊曾嘗試過爬行、跳躍、游動等多種機器人移動方式，但這些早期設計在穿越消化道這類復雜環(huán)境時存在局限性。

配圖為十字形微型柔性機器人在胃內褶皺地形中穿行的延時圖像。這組圖像展示了機器人在胃內的移動過程，最右側一列還展示了其靶向給藥功能。

“我們選擇以金輪蜘蛛為設計靈感，因為相比其他移動模式，它具備更出色的越障能力和能量效率。”Qingsong Xu 說，“在患者體內模擬這種移動方式，機器人能在黏液、褶皺甚至垂直傾斜的表面上穩(wěn)定穿行。”

金輪蜘蛛是一種體型小巧的蛛形綱動物，寬度約 2 厘米，遇到危險時會蜷縮腿部，順著傾斜的沙丘翻滾逃生。澳門大學團隊研發(fā)的機器人采用了相同策略，但它并非依靠重力，而是通過腿部內置微型磁鐵與外部磁場的相互作用，在消化道內翻滾前進。為實現(xiàn)精準控制，研究人員打造了一款靈巧的機械臂，其末端裝有強力旋轉磁鐵，檢查時可放置在患者身旁。

腸道診斷的未來展望

研究團隊計劃開展進一步的活體動物實驗，若一切順利，將推進至人體臨床試驗。Qingsong Xu 希望這款 “蜘蛛機器人” 能在五年內幫助醫(yī)生為患者進行體內檢查。

“醫(yī)學界正日益認識到柔性磁控機器人的潛力 —— 它能最大程度減少患者不適、提高檢查精度，從而徹底變革內窺鏡檢查流程。”Qingsong Xu 說，“醫(yī)療領域對這項技術抱有濃厚興趣。”

在不遠的將來，微型機器人技術的進步可能實現(xiàn)胃潰瘍或腫瘤的靶向給藥。這些微型機器人還可用于一系列微創(chuàng)介入治療和檢查。盡管目前尚無此類機器人進入臨床應用，但該領域在過去幾年發(fā)展迅速，磁控機器人成為眾多研究人員探索的熱門方向。

例如，美國北卡羅來納州立大學的團隊近期也推出了一款類似機器人，同樣采用柔性磁性材料。與翻滾移動不同，這款機器人像毛毛蟲一樣在消化道內爬行 —— 外部磁場會誘導其 3D 打印折紙結構收縮。發(fā)表于 Advanced Functional Materials 期刊的論文，描述了該機器人為模擬胃潰瘍進行模擬給藥的實驗。

北卡羅來納州立大學材料工程助理教授、論文主要作者 Xiaomeng Fang 向 IEEE Spectrum 表示，這項研究已引發(fā)廣泛關注。“這些機器人質地柔軟，可遠程控制，還能改變形狀，這讓它們在內部疾病治療中極具應用價值。”