新加坡南洋理工大學的研究人員開發了一款指尖大小的手術機器人，能在不到一秒內切換五種不同功能，為微創醫療程序提供了一種潛在的新工具。這款機器人長僅 4.4 毫米，通過弱磁場無線控制。儘管體積小巧，它能在柔軟表面上移動、切割生物組織、釋放藥物、握持並儲存組織樣本，還能遠程產生熱量。科學家表示，這一裝置解決了微型機器人領域的一個長期挑戰：在不犧牲控制或靈活性的情況下，將多種功能集成到一個微型機器人中。
研究團隊在實驗室中使用生物組織和軟組織模型展示了機器人的能力，顯示其能在複雜環境中執行多項醫療任務。其中一款機器人可快速切換多種工具，與大多數僅能執行一至兩項任務的微型磁性機器人不同。「大多數此類磁性機器人只能執行一或兩個功能。我們最新的發明可以做到五個，我們的長期目標是讓醫生能在體內使用這些迷你機器人，導航至目標位置並進行治療，」本研究的領導者林國展副教授表示。
新型手術機器人具備多種功能以應對醫療挑戰
這款機器人由一種名為 PDMS 和 Ecoflex 的柔軟矽基材料製成，結構中嵌入微型磁性顆粒，這些顆粒能對外部磁場作出反應。系統的核心是一個磁性模塊，能以不同方向進行磁化、去磁化和再磁化。每個磁性方向激活不同的功能，使同一機器人能按需部署各種工具。研究人員還設計了機器人的不同區域，使其能獨立對磁信號作出反應，這防止了整個裝置作為一個單一的磁體移動，這是許多現有微型機器人系統的常見限制。
該設計還引入了一個稱為滾動的第六自由度，使機器人能圍繞其長軸旋轉，增加了在狹窄和不規則空間（如人體內部）導航時的控制能力。
為評估其性能，研究團隊在雞肝和模擬軟生物組織的明膠材料上測試了該機器人。機器人成功切割組織、釋放代表藥物的顆粒、收集並儲存組織樣本，並通過磁感應產生局部熱量。研究人員表示，這一加熱能力可支持正在探索的磁性高熱法，用於癌症治療。團隊還評估了材料的安全性，將其暴露於人類皮膚細胞中，結果顯示超過 99% 的細胞在暴露後仍然存活，這表明在實驗室條件下具低毒性。
研究人員目前正在探討如何將這款機器人與醫療影像系統、傳感器和人工器官模型集成，他們也在與外科醫生合作，以瞭解這些系統如何適應未來的臨牀工作流程。「為了讓這些機器人更接近實際應用，我們需要了解它們在實驗室中的工作原理，以及如何在現實醫療環境中進行導引、監控和控制，」林國展表示。該研究發表於《先進材料》期刊上。