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全軟體機器人,可以植入體內幫助衰竭心臟泵血啦

2018-03-11 來源:愛醫(yī)界  標簽: 掌上醫(yī)生 喝茶減肥 一天瘦一斤 安全減肥 cps聯盟 美容護膚
摘要:軟體機器人可以僅用空氣來驅動,有的軟體機器人是采用紙質和硅橡膠制成,能夠彎曲、扭轉和抓起自身重量100多倍的物體。Octobot靠的是液體和氣體,通過化學反應產生的大量氣體聚集壓縮,借助壓強變化,實現機械臂的運動。

這個全軟體的機器人叫“Octobot”,是哈佛研究人員設計研發(fā)的世界首款完全獨立的,能夠自主移動的全軟體機器人。

Octobot獨立運動能力來自化學反應

Octobot是獨立的,因為它沒有硬電子元件,也沒有電池或計算機芯片。況且這個手掌大小,像章魚一樣的家伙根本不需要連接計算機就能移動。

軟體機器人可以僅用空氣來驅動,有的軟體機器人是采用紙質和硅橡膠制成,能夠彎曲、扭轉和抓起自身重量100多倍的物體。Octobot靠的是液體和氣體,通過化學反應產生的大量氣體聚集壓縮,借助壓強變化,實現機械臂的運動。

Octobot的“大腦”部分是柔性微流體回路,可以用由壓強激活的閥門和開關,在通道內傳導液體燃料。這種液體燃料是50%濃度的過氧化氫溶液,它會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物大,從而改變通道內的壓強。章魚機器人的機械臂受到突然增大的壓強影響,會膨脹舒展,從而實現機械臂的運動。排氣孔同時保證氧氣最終會通過排氣孔排出。

50%質量比的過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)性的自主運動

如何保證軟體機器人Octobot不是只做一次性的運動呢?

研究團隊的設計是把機器人的八只機械臂分為兩批(四只機械臂為一批),機械臂中設置了閥門和開關。啟動Octobot需要實驗者的協助,將過氧化氫分別注入到兩個儲液槽中,這兩個儲液槽分別對應一批機械臂。注入后,儲液槽會像氣球一樣會慢慢膨脹,并利用壓強差將過氧化氫通過微流體回路。這時,由于壓強的變化,有些機械臂的控制點會打開,剩余的會關閉,以此確保同一時間只有一半機械臂流通燃料。隨著燃料的消耗,所流通的機械臂內部壓強會下降,使得燃料轉而流向另半部分原本關閉通道的機械臂。如此往復,通過精巧的閥門開關設計,利用不斷變化的壓強差,燃料進行來回流通,Octobot能保持機械臂在一段時間內的自主運動。

通過Octobot的工作機制可以看到,它內部的通道扮演著重要的角色,是它的“大腦”和機械臂進行“通信”的渠道。這些通道都由3D打印而成,打印過程也很有趣。研究者們在章魚形狀的模具中倒入了有機硅聚合物,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,墨水會蒸發(fā),留下了Octobot內部的通道網絡。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)模應用免去對高成本的顧慮。

Octobot可以植入體內幫助泵血

近日,哈佛大學研究小組聯合波士頓兒童醫(yī)院以及其他參與機構發(fā)布了可植入軟體機器人的相關細節(jié),據說這款機器人可以為衰竭的心臟在無需接觸血液的情況下泵血。

傳統而言,我們會將心室輔助裝置(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脈或肺動脈。由于VAD內的血液會與管、泵等一些人體器官表面接觸從而增加凝血風險,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需接觸血液裝置。Pigula當時和哈佛大學研究生EllenRoche以及其哈佛生物設計實驗室顧問ConorWalsh一起頭腦風暴,認為軟體機器人應該是一個很好的方向。

研究人員為解決心臟排異的問題進行了機器人的多次迭代。他們在合成心臟和死豬體上進行測試,利用減緩心臟跳動的藥物在心力衰竭的活豬體內進行了概念驗證性研究,設備與心臟接觸時成功將血流量恢復到基準水平。

雖然當時的模型實驗證明了方案的可行性,但將機器人植入人體進行試驗尚需時日研究。

Roche最終目標是創(chuàng)造一個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荷從而使其有足夠的時間治愈的套管,“這是一項假設,但也許你最終可以憑借它快速恢復甚至痊愈,”Roche說。“但我也不是說自己一定能成功。”

軟體機器人應用前景

作為一項新的交叉研究,柔性體機器人結合了柔性電子、仿生力學、生物學、智能高分子材料、人工智能、3D打印等前沿科學技術。李鐵風告訴記者,軟體機器人有許多優(yōu)勢。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,當它穿在人身上,跟人互動接觸時,親和性很好。軟體機器人受到外界沖擊和破壞時不易損傷。軟體機器人容易被先進的技術,比如3D打印等方式來制造,成本比較低廉,可以像硅膠、橡膠等玩具一樣被大批量制作。

軟體機器人能作為可穿戴的動力護具,比如假肢、人造外骨骼。在地震現場,它也可以承擔探索和探測的任務。另外,它還可以作為教育用品和玩具。

研究人員指出,雖然軟體機器人仍處于萌芽和起步階段,但它或許能在很多領域“大展拳腳”,比如維修和檢測設備、執(zhí)行搜救行動以及進行環(huán)境探測,甚至在醫(yī)學領域發(fā)揮重要作用。

根據前瞻產業(yè)研究院對軟體機器人的市場規(guī)模預測,2016年用于維修和檢測設備的軟體機器人市場規(guī)模達到3876億元,相對去年的市場規(guī)模增速為16.4%。

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