微米机器人打开复杂显微外科手术的巨大世界

美国范德比尔特大学的工程师们成功设计出一种全新的连续体机器人，它在多尺度运动上取得了前所未有的突破。这一创新，似乎正带领我们进入一个全新的显微外科手术时代，一个以前难以想象的精准医疗世界。

通过巧妙地在结构内部嵌入可伸缩的金属丝（红色），这款多骨骼机器人被赋予了微米级的运动能力。想象一下，一英寸包含25微米，而一个红血球的大小仅有8微米，与某些细菌相当，甚至小于人类头发的平均宽度。这个机器人可以直接驱动、推动和拉动这些微小的构件，实现连续的运动变化。

Nabil Simaan，机械级教授兼高级机器人与机械实验室主任，解释了这个设计的独特之处：“我们的设计通过使用经济实惠的执行器实现了高达1微米或更小的运动分辨率。这种设计可以在最低的附加成本下，加速新型外科手术机器人的开发。这种机器人既能进行宏观的手术操作，又能在细胞层面进行精准的成像和干预。”他进一步强调：“这极大地拓宽了微创手术机器人的功能边界。”

微型化和超宽的活动范围使得这款机器人在复杂的动脉瘤、微小的静脉和动脉、神经以及眼睛、内耳和声带等脆弱结构的手术过程中表现出色。其潜在应用广泛，包括活检、肿瘤根除和细胞水平的靶向药物递送等。

Simaan和他的团队通过改变机器人的平衡姿态，成功让这款连续体机器人适应宏观和微观的双重需求。他称之为具有平衡调制或CREM的连续体机器人。

以前的连续体机器人虽然能实现像蠕虫一样的宏操作，但是Simaan和他的团队通过创新的设计，使得机器人可以被分割成圆盘或圆环，就像orm的身体一样。每个圆盘通过微小的骨架或致动管相互连接。在致动管内移动细小的弹性线，就能引发微米的运动。这种设计使得机器人在保持宏观运动能力的具备了微观操作的精度。

范德比尔特外科工程学院的Simaan表示：“这种新型机器人将在穿越曲折的手术路径到达手术部位时提供微精度。这将带来精确的组织重建和彻底手术根除肿瘤的潜在好处。”该机器人还使用管状二级骨架来实现大规模的运动调整。通过推拉线条，机器人的配置会发生变化，使其能够灵活适应各种手术需求。目前，研究团队正在将光学相干断层成像技术（OCT）纳入其中，以便更好地观察手术过程。Joos和她的团队正在研究如何将微型OCT探针与机器人手术工具结合使用，以改善眼内手术的可视化效果。这一技术整合有望为显微外科手术带来深远的影响，为外科医生提供前所未有的灵活性、可控性和精确度，甚至可能开创一些前所未有的手术程序。