美国麻省理工学院(MIT)研究团队开发出一种磁控线型机器人,可在脑血管等狭窄弯曲的通道中穿行自如,该成果意味着我们距离远程机器人脑部手术更近了一步。相关研究发表于最新一期美国《科学⋅机器人学》杂志。

中风的主要临床表现为脑部缺血及出血性损伤,具有极高的病死率和致残率。在美国,中风是第五大致命性疾病。目前已知,在急性中风发病90分钟的“黄金时间”内进行救治,可以显著提高病人的存活率。

此次,麻省理工学院研究团队开发出一种新型机器人,有望在“黄金时间”内逆转脑血管堵塞,避免造成永久性脑损伤。团队在报告中解释,这是因为这种机器人的内核是具有柔性和回弹性的镍钛合金,合金材料上覆盖一层含有磁粒子的橡胶,在外部磁铁的控制下,机器人可以弯曲并复原。

为了让机器人能“畅行无阻”,研究人员在磁性橡胶材料外涂上了一层水凝胶,使其拥有光滑表面,降低了摩擦力,可以在很狭窄的空间中穿行。他们在一项实验中用磁铁精准控制这种机器人,使其像“提线木偶”一样,在血管中“穿针引线”,顺利通过小孔。

在另外一项实验中,研究人员先用CT扫描患者大脑,模拟制造出拥有脑血管和血栓的硅树脂仿真模型,向其中注入与血液黏稠度相当的液体。随后研究人员使用磁铁,成功引导机器人在弯曲的通道中穿行。团队成员表示,还可将镍钛合金替换为光纤,让光纤抵达指定区域后用激光烧掉血管堵塞物。

麻省理工学院的工程师将他们在水凝胶和磁力驱动方面的工作结合起来,生产出一种磁性可操纵的水凝胶涂层机器人螺纹,它们能够制作得足够薄,以引导通过大脑血管的真人大小的硅胶复制品。
机器人螺纹的核心由镍钛合金制成,这种材料既有弯曲又有弹性。然后,该团队将导线芯涂在橡胶糊状或墨水中,并将其嵌入磁性颗粒中。

最后,他们使用了他们之前开发的化学工艺来涂覆和粘合磁性覆盖物与水凝胶,这种材料不会影响下面的磁性颗粒的响应性,但是,提供了电线具有光滑,无摩擦的生物相容性表面。

实验人员通过使用大磁铁引导线穿过小环的障碍路线,让人联想到穿针引线。研究人员还测试了大脑主要血管的真人大小的硅胶复制品中的线程,包括在实际患者大脑的CT扫描后建模的凝块和动脉瘤。研究小组在硅胶容器中加入模拟血液粘度的液体,然后手动操作模型周围的大磁铁,使机器人通过血管的蜿蜒狭窄路径。研究人员表示,机器人可以实现功能化,这意味着可以添加功能,例如,提供减少凝块的药物或用激光打破阻塞。

该技术未来将主要用于“疏通”中风或动脉瘤导致的脑血管堵塞。研究团队计划下一步进行体内测试。机器人TV将会继续跟踪最新研究成果。