在血管中逆流而上的小小機器人

　　中國科學院深圳先進技術研究院研究員尚萬峰課題組與香港科技大學智能制造中心的研究人員合作，針對血管等流體環境下微型醫療機器人逆流游動難、控制力不足等挑戰，提出了無束縛微型機器人獨特軟膜膠囊結構及其掛壁旋進的控制策略，為微型磁性機器人在實際血管中的應用提供了新的研究思路和解決方案。相關研究成果近日發表于《IEEE機器人匯刊》。

　　心血管疾病（CVD）是全球死亡率最高的疾病之一，大約80%的CVD死亡是由心臟病發作和腦卒中引起的。為了實現微創CVD治療的最終目標，近年來，科學家提出了許多用于血管的磁性無束縛機器人。但由于血液流動性，血管中無繩系、無束縛的微型機器人承受著巨大阻力，很難在自由狀態下保持靜止，更難實現逆流而上的定點給藥控制。

　　為減少無線機器人在血管中所受流體阻力，研究團隊提出了流線型結構設計和更易于臨床應用的貼壁運動策略。相較于傳統機器人，結合橢圓弧線和拋物線設計的機器人所受流體阻力減少了約58.5%。貼壁的運動模式使機器人可在流體阻力較低的管壁處前進，相較于管中央前進的經典方式，流體阻力進一步減少約30.7%。

　　旋轉勻強磁場驅動模式受到截止頻率限制，無法提供充足的動力以實現機器人的高速逆流運動，因而限制了此類磁驅機器人在臨床中的進一步應用。

　　對此，研究團隊建立了貼壁旋轉磁驅策略，通過勻速旋轉梯度磁場在流線機器人表面產生的高效磁旋“拖拽”力克服流體阻力，使機器人在運動過程中受到均勻的滑動摩擦力，從而控制無線機器人在管中勻速前進，解決了傳統梯度磁場驅動機器人時出現的運動卡頓、不穩定等問題，達到約143毫米每秒的相對逆流速度。

　　為探究新方法的臨床潛力，研究人員在豬血管中進行了機器人運動能力的測試。研究人員通過將一段130毫米的豬腹主動脈與蠕動泵連接，模擬了2700立方毫米每秒的血流環境，機器人成功在26秒內通過血管，充分驗證了機器人在真實血管中的逆流運動能力。