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全軟體機(jī)器人,可以植入體內(nèi)幫助衰竭心臟泵血啦

2018-03-11 來(lái)源:愛(ài)醫(yī)界  標(biāo)簽: 掌上醫(yī)生 喝茶減肥 一天瘦一斤 安全減肥 cps聯(lián)盟 美容護(hù)膚
摘要:軟體機(jī)器人可以僅用空氣來(lái)驅(qū)動(dòng),有的軟體機(jī)器人是采用紙質(zhì)和硅橡膠制成,能夠彎曲、扭轉(zhuǎn)和抓起自身重量100多倍的物體。Octobot靠的是液體和氣體,通過(guò)化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的大量氣體聚集壓縮,借助壓強(qiáng)變化,實(shí)現(xiàn)機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)。

這個(gè)全軟體的機(jī)器人叫“Octobot”,是哈佛研究人員設(shè)計(jì)研發(fā)的世界首款完全獨(dú)立的,能夠自主移動(dòng)的全軟體機(jī)器人。

Octobot獨(dú)立運(yùn)動(dòng)能力來(lái)自化學(xué)反應(yīng)

Octobot是獨(dú)立的,因?yàn)樗鼪](méi)有硬電子元件,也沒(méi)有電池或計(jì)算機(jī)芯片。況且這個(gè)手掌大小,像章魚一樣的家伙根本不需要連接計(jì)算機(jī)就能移動(dòng)。

軟體機(jī)器人可以僅用空氣來(lái)驅(qū)動(dòng),有的軟體機(jī)器人是采用紙質(zhì)和硅橡膠制成,能夠彎曲、扭轉(zhuǎn)和抓起自身重量100多倍的物體。Octobot靠的是液體和氣體,通過(guò)化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的大量氣體聚集壓縮,借助壓強(qiáng)變化,實(shí)現(xiàn)機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)。

Octobot的“大腦”部分是柔性微流體回路,可以用由壓強(qiáng)激活的閥門和開(kāi)關(guān),在通道內(nèi)傳導(dǎo)液體燃料。這種液體燃料是50%濃度的過(guò)氧化氫溶液,它會(huì)在鉑的催化下快速生成大量的水和氧氣,生成物的體積比原本的反應(yīng)物大,從而改變通道內(nèi)的壓強(qiáng)。章魚機(jī)器人的機(jī)械臂受到突然增大的壓強(qiáng)影響,會(huì)膨脹舒展,從而實(shí)現(xiàn)機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)。排氣孔同時(shí)保證氧氣最終會(huì)通過(guò)排氣孔排出。

50%質(zhì)量比的過(guò)氧化氫在鉑金屬粉末的催化下迅速釋放氧氣

Octobot可以連續(xù)性的自主運(yùn)動(dòng)

如何保證軟體機(jī)器人Octobot不是只做一次性的運(yùn)動(dòng)呢?

研究團(tuán)隊(duì)的設(shè)計(jì)是把機(jī)器人的八只機(jī)械臂分為兩批(四只機(jī)械臂為一批),機(jī)械臂中設(shè)置了閥門和開(kāi)關(guān)。啟動(dòng)Octobot需要實(shí)驗(yàn)者的協(xié)助,將過(guò)氧化氫分別注入到兩個(gè)儲(chǔ)液槽中,這兩個(gè)儲(chǔ)液槽分別對(duì)應(yīng)一批機(jī)械臂。注入后,儲(chǔ)液槽會(huì)像氣球一樣會(huì)慢慢膨脹,并利用壓強(qiáng)差將過(guò)氧化氫通過(guò)微流體回路。這時(shí),由于壓強(qiáng)的變化,有些機(jī)械臂的控制點(diǎn)會(huì)打開(kāi),剩余的會(huì)關(guān)閉,以此確保同一時(shí)間只有一半機(jī)械臂流通燃料。隨著燃料的消耗,所流通的機(jī)械臂內(nèi)部壓強(qiáng)會(huì)下降,使得燃料轉(zhuǎn)而流向另半部分原本關(guān)閉通道的機(jī)械臂。如此往復(fù),通過(guò)精巧的閥門開(kāi)關(guān)設(shè)計(jì),利用不斷變化的壓強(qiáng)差,燃料進(jìn)行來(lái)回流通,Octobot能保持機(jī)械臂在一段時(shí)間內(nèi)的自主運(yùn)動(dòng)。

通過(guò)Octobot的工作機(jī)制可以看到,它內(nèi)部的通道扮演著重要的角色,是它的“大腦”和機(jī)械臂進(jìn)行“通信”的渠道。這些通道都由3D打印而成,打印過(guò)程也很有趣。研究者們?cè)谡卖~形狀的模具中倒入了有機(jī)硅聚合物,又在聚合物中注入一種特殊的墨水,這種墨水可以在聚合物中保持形狀和位置。加熱后,墨水會(huì)蒸發(fā),留下了Octobot內(nèi)部的通道網(wǎng)絡(luò)。制造Octobot的材料成本也很低,只需不到3美元,每份燃料大約僅5美分,這讓大規(guī)模應(yīng)用免去對(duì)高成本的顧慮。

Octobot可以植入體內(nèi)幫助泵血

近日,哈佛大學(xué)研究小組聯(lián)合波士頓兒童醫(yī)院以及其他參與機(jī)構(gòu)發(fā)布了可植入軟體機(jī)器人的相關(guān)細(xì)節(jié),據(jù)說(shuō)這款機(jī)器人可以為衰竭的心臟在無(wú)需接觸血液的情況下泵血。

傳統(tǒng)而言,我們會(huì)將心室輔助裝置(VAD)作為衰竭心臟的血液分流支路。該裝置會(huì)將血液從心臟中直接引出,然后將之泵回分布在身體周圍的主動(dòng)脈或肺動(dòng)脈。由于VAD內(nèi)的血液會(huì)與管、泵等一些人體器官表面接觸從而增加凝血風(fēng)險(xiǎn),那些基于VAD治療的患者往往必須服用血液稀釋劑與一些需要仔細(xì)查看的藥物——余生都是如此。

Octobot的誕生還是源于波士頓兒童醫(yī)院的一名心臟外科醫(yī)生FrankPigula的想法——研究輔助心衰患者治療而無(wú)需接觸血液裝置。Pigula當(dāng)時(shí)和哈佛大學(xué)研究生EllenRoche以及其哈佛生物設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室顧問(wèn)ConorWalsh一起頭腦風(fēng)暴,認(rèn)為軟體機(jī)器人應(yīng)該是一個(gè)很好的方向。

研究人員為解決心臟排異的問(wèn)題進(jìn)行了機(jī)器人的多次迭代。他們?cè)诤铣尚呐K和死豬體上進(jìn)行測(cè)試,利用減緩心臟跳動(dòng)的藥物在心力衰竭的活豬體內(nèi)進(jìn)行了概念驗(yàn)證性研究,設(shè)備與心臟接觸時(shí)成功將血流量恢復(fù)到基準(zhǔn)水平。

雖然當(dāng)時(shí)的模型實(shí)驗(yàn)證明了方案的可行性,但將機(jī)器人植入人體進(jìn)行試驗(yàn)尚需時(shí)日研究。

Roche最終目標(biāo)是創(chuàng)造一個(gè)不僅能夠在患者等待移植期間提供幫助,而且能夠減少心臟負(fù)荷從而使其有足夠的時(shí)間治愈的套管,“這是一項(xiàng)假設(shè),但也許你最終可以憑借它快速恢復(fù)甚至痊愈,”Roche說(shuō)。“但我也不是說(shuō)自己一定能成功。”

軟體機(jī)器人應(yīng)用前景

作為一項(xiàng)新的交叉研究,柔性體機(jī)器人結(jié)合了柔性電子、仿生力學(xué)、生物學(xué)、智能高分子材料、人工智能、3D打印等前沿科學(xué)技術(shù)。李鐵風(fēng)告訴記者,軟體機(jī)器人有許多優(yōu)勢(shì)。它的硬度、柔軟度和可拉伸程度跟人體的皮膚和肌肉很接近,當(dāng)它穿在人身上,跟人互動(dòng)接觸時(shí),親和性很好。軟體機(jī)器人受到外界沖擊和破壞時(shí)不易損傷。軟體機(jī)器人容易被先進(jìn)的技術(shù),比如3D打印等方式來(lái)制造,成本比較低廉,可以像硅膠、橡膠等玩具一樣被大批量制作。

軟體機(jī)器人能作為可穿戴的動(dòng)力護(hù)具,比如假肢、人造外骨骼。在地震現(xiàn)場(chǎng),它也可以承擔(dān)探索和探測(cè)的任務(wù)。另外,它還可以作為教育用品和玩具。

研究人員指出,雖然軟體機(jī)器人仍處于萌芽和起步階段,但它或許能在很多領(lǐng)域“大展拳腳”,比如維修和檢測(cè)設(shè)備、執(zhí)行搜救行動(dòng)以及進(jìn)行環(huán)境探測(cè),甚至在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。

根據(jù)前瞻產(chǎn)業(yè)研究院對(duì)軟體機(jī)器人的市場(chǎng)規(guī)模預(yù)測(cè),2016年用于維修和檢測(cè)設(shè)備的軟體機(jī)器人市場(chǎng)規(guī)模達(dá)到3876億元,相對(duì)去年的市場(chǎng)規(guī)模增速為16.4%。

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