未來醫(yī)療機(jī)器人的發(fā)展走向

        近日，在《科學(xué)轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)》雜志上，Wyss美國(guó)哈佛教授與生物啟發(fā)工程研究所成員Robert Wood 等，一起暢想未來醫(yī)療機(jī)器人的發(fā)展走向。 
        近年來，生產(chǎn)機(jī)器人產(chǎn)品所發(fā)展出來的機(jī)器人核心技術(shù)（如傳感器、執(zhí)行器、控制算法和機(jī)構(gòu)學(xué)）是人們負(fù)擔(dān)得起并且可以獲得的，這些技術(shù)正在滲透到各種各樣的醫(yī)學(xué)應(yīng)用中去。 
        醫(yī)療機(jī)器人在進(jìn)步

        醫(yī)療機(jī)器人的一個(gè)典型例子，是來自直覺外科手術(shù)公司的達(dá)芬奇機(jī)器人。達(dá)芬奇機(jī)器人是一個(gè)多手臂的、可遙控的微創(chuàng)手術(shù)工具，它已經(jīng)在從泌尿外科到心臟病的一系列手術(shù)中成功使用。然而，盡管它有令人印象深刻的安裝記錄，但是在大型醫(yī)療中心和機(jī)構(gòu)以外使用則過于昂貴。 
        而現(xiàn)在，則有一個(gè)開發(fā)新型、經(jīng)濟(jì)可負(fù)擔(dān)得起的機(jī)械工具的機(jī)會(huì)，該工具應(yīng)該更為靈巧，并可為醫(yī)生提供額外的功能。例如，有了智能、動(dòng)態(tài)填補(bǔ)導(dǎo)管和實(shí)時(shí)的運(yùn)動(dòng)跟蹤的功能（如3D 超聲波），不需要停止心臟就可以讓心臟看起來對(duì)手術(shù)操作者靜止，從而可以進(jìn)行微創(chuàng)心臟手術(shù)。 
        有了顯微操縱器，一些神經(jīng)或者微血管的吻合術(shù)完成起來更為簡(jiǎn)單，可以安全控制和操作這些微妙的結(jié)構(gòu)。后，可能看到一些類似觸手和蛇一樣的可操縱針頭和內(nèi)視鏡，它們幫助我們到達(dá)身體內(nèi)難以接觸到的位置?？偟膩碚f，這些機(jī)器工具利用配備的傳感器，使協(xié)作的控制者能夠作為醫(yī)生的延伸部分來工作。 
        大部分現(xiàn)存的生物醫(yī)藥機(jī)器人—無論是手術(shù)的或者可穿戴的—都是堅(jiān)硬的。鑒于要在組裝時(shí)操縱重型組件，初使用機(jī)器人操作是為了快速、高精度以及重復(fù)的動(dòng)作，故其堅(jiān)硬是有歷史意義的。但人體除了骨頭，大多數(shù)組織是柔軟的。 
        這意味著堅(jiān)硬的生物醫(yī)學(xué)機(jī)器人必須依靠精確傳感器的反饋和高性能控制系統(tǒng)，來確保病人的安全。換句話說，即柔軟的機(jī)器人很有意義。使用聚合物創(chuàng)建機(jī)器人—具體來說，模彈性體可與人類皮膚相比擬—自動(dòng)消除了許多人類—機(jī)器人交互的安全擔(dān)憂。不過同時(shí)也產(chǎn)生了一個(gè)問題：高度兼容、非線性的材料帶來了建模、生產(chǎn)力和控制的挑戰(zhàn)，會(huì)導(dǎo)致不精確的運(yùn)動(dòng)。 
        然而，柔軟機(jī)器人的前景已經(jīng)刺激一個(gè)交叉材料、機(jī)械和電氣工程的新興領(lǐng)域，以及旨在體現(xiàn)和皮膚一樣柔軟的核心機(jī)器人技術(shù)的生物學(xué)的發(fā)展。 
        柔性機(jī)器人前景廣闊

        下一代可以穿戴的機(jī)器人，將使用例如紡織品和彈性體這樣的柔軟材料，提供一個(gè)更舒適、不引人注目和兼容的手段來和人類身體接觸。這些機(jī)器人將通過改善步行效率或者增加握力來增加健康個(gè)體的功能。此外，可穿戴的機(jī)器人將協(xié)助患有身體或神經(jīng)系統(tǒng)疾病的病人。不同于包含剛性框架元素的傳統(tǒng)外骨架，這些柔軟的系統(tǒng)穿起來如同衣服，匹配自然的肢體動(dòng)作，當(dāng)需要時(shí)仍然可以提供實(shí)質(zhì)性的力量和扭矩。 
        生物醫(yī)學(xué)機(jī)器人的另一個(gè)機(jī)遇是降低物理尺度。前面提到的有關(guān)情況的一方面是精細(xì)結(jié)構(gòu)和組織的操作。然而，精密控制不一定是由小型機(jī)器人完成。事實(shí)上，許多精密控制系統(tǒng)有大量的基礎(chǔ)設(shè)施。另外，如果系統(tǒng)的特征維度降低，新的微創(chuàng)手術(shù)變得可行。為了使微型手術(shù)機(jī)器人成為現(xiàn)實(shí)，必須開發(fā)新的微型和中型工業(yè)模范，強(qiáng)調(diào)生物相容性以及電氣和機(jī)械組件的單塊集成電路一體化。 
        近一個(gè)被稱作“立體書微機(jī)電系統(tǒng)”的解決方案，借鑒兒童立體書，結(jié)合了微加工和三維裝配方法，不需要更多傳統(tǒng)的“具體的”組裝就可以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的結(jié)構(gòu)和機(jī)電機(jī)制。 
        上述研究例子發(fā)展到商業(yè)化道路還很漫長(zhǎng)，特別是考慮到需要監(jiān)管部門的批準(zhǔn)。盡管如此，膠囊內(nèi)視鏡已經(jīng)邁出了步伐—即“PillCam”—可以在診斷過程中被動(dòng)地穿過胃腸道，同時(shí)還有眼內(nèi)給藥及相關(guān)程序的微型可操縱機(jī)器人。
        鑒于機(jī)器人輔助醫(yī)療的前景，對(duì)學(xué)術(shù)界產(chǎn)生巨大的推動(dòng)以及醫(yī)療設(shè)備行業(yè)為臨床應(yīng)用開發(fā)更小、更柔軟和的機(jī)器人就不足為奇了。也許很快未來的診斷程序?qū)⒂梢槐嬃匣蛘呶⑿蜋C(jī)器人注射組成，物理治療也許僅僅穿上一條褲子就能達(dá)到好療效。