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聚焦前沿科技，哈佛大學(xué)開(kāi)發(fā)激光轉(zhuǎn)向微機(jī)器人

2021-01-21 10:21:58來(lái)源：OFweek激光網(wǎng) 閱讀量：130 評(píng)論

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導(dǎo)讀：2021年1月14日，來(lái)自哈佛大學(xué)Wyss研究所和John A.Paulson工程與應(yīng)用科學(xué)學(xué)院(SEAS)的機(jī)器人工程師開(kāi)發(fā)了一種激光轉(zhuǎn)向微機(jī)器人。

　　2021年1月14日，來(lái)自哈佛大學(xué)Wyss研究所和John A.Paulson工程與應(yīng)用科學(xué)學(xué)院(SEAS)的機(jī)器人工程師開(kāi)發(fā)了一種激光轉(zhuǎn)向微機(jī)器人，它可以與現(xiàn)有的內(nèi)窺鏡工具集成，用于微創(chuàng)手術(shù)。他們的方法被報(bào)道在《科學(xué)機(jī)器人》上。
 
　　內(nèi)窺鏡工具的末端必須高度靈活，以實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)組織中手術(shù)部位的可視化和操作。目前，通過(guò)光纖或電極輸送的可用的能量源，限制了手術(shù)精度，并可能在相鄰組織造成不必要的灼傷，產(chǎn)生煙霧。雖然激光技術(shù)將是一個(gè)有吸引力的解決方案，但激光束需要在內(nèi)窺鏡的遠(yuǎn)端進(jìn)行精確的引導(dǎo)、定位和快速重新定位，而目前可用的相對(duì)笨重的技術(shù)無(wú)法做到這一點(diǎn)。
 
　　該團(tuán)隊(duì)面臨著光學(xué)轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)、致動(dòng)和微細(xì)加工方面的挑戰(zhàn)，微型機(jī)器人能夠嚴(yán)格控制激光束從光纖中出來(lái)后的路徑。這些挑戰(zhàn)，再加上對(duì)速度和精度的要求，尺寸的限制讓開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)難上加難。整個(gè)機(jī)器必須被安置在一個(gè)圓柱形結(jié)構(gòu)中，直徑約為飲管的直徑，才能用于內(nèi)窺鏡手術(shù)。
 
　　在懷斯研究所(Wyss)副教授查爾斯·瑞文(Charles River)工程與應(yīng)用科學(xué)教授羅伯特-伍德(Robert Wood)和懷斯研究所(Wyss)生物啟發(fā)工程研究所和SEAS的博士后彼得-約克(Peter York)的帶領(lǐng)下，研究人員開(kāi)發(fā)了一個(gè)尺寸為6×16毫米的微型機(jī)器人，它能夠高速而精確地操作，并且可以與現(xiàn)有的內(nèi)窺鏡工具集成。
 
　　研究員約克說(shuō)：“憑借其大范圍的銜接、小的足跡和快速精確的動(dòng)作，激光轉(zhuǎn)向末端執(zhí)行器具有很大的潛力，只需要簡(jiǎn)單地將它插入到現(xiàn)有的內(nèi)窺鏡設(shè)備中，就可以提高手術(shù)效果。”
 
　　在橡膠制的結(jié)腸中演示
 
　　激光轉(zhuǎn)向裝置在一個(gè)真人結(jié)腸大小的模型中進(jìn)行演示。
 
　　該團(tuán)隊(duì)展示了他們的激光轉(zhuǎn)向末端執(zhí)行器，微型化到直徑僅6毫米、長(zhǎng)度僅16毫米的圓柱體。演示表明，該微型機(jī)器人能夠有效地繪制和跟蹤復(fù)雜的軌跡，例如可以在大范圍內(nèi)高速地進(jìn)行多次激光消融，并且可以高度準(zhǔn)確地重復(fù)。
 
　　"對(duì)于轉(zhuǎn)向和重新引導(dǎo)激光束，我們發(fā)現(xiàn)用三個(gè)小鏡子來(lái)配置直徑為6毫米，長(zhǎng)度為16毫米的設(shè)備，可在一個(gè)小小的振鏡中相對(duì)于彼此快速旋轉(zhuǎn)。"機(jī)械工程師Rut Pena說(shuō)：“為了達(dá)到這一目標(biāo)，我們利用了我們的微加工武器庫(kù)中的方法：模塊化組件逐步層壓在毫米級(jí)的上層建筑上。這個(gè)微加工武器的方法是涉及到快速迭代設(shè)計(jì)時(shí)候的較佳方案，是提供大規(guī)模制造成功產(chǎn)品的穩(wěn)健策略。”
 
　　教授伍德表示：“在這種多學(xué)科的方法中，我們?cè)O(shè)法利用我們的能力，迅速建立復(fù)雜的微型機(jī)器人機(jī)制，我們?cè)谶^(guò)去十年中開(kāi)發(fā)了這種機(jī)制，為臨床醫(yī)生提供一種非破壞性的解決方案，使他們能夠在挽救生命或者發(fā)現(xiàn)潛在生命威脅的情況下，在人體內(nèi)推進(jìn)微創(chuàng)手術(shù)。”
 
　　為了進(jìn)一步證明該設(shè)備在連接到普通結(jié)腸鏡末端時(shí)，可以應(yīng)用于內(nèi)窺鏡任務(wù)，York和Pea在Wyss臨床研究員Daniel Kent的建議下，該設(shè)備連接到結(jié)腸鏡的末端，在一個(gè)由橡膠制成的臺(tái)式幻影組織上模擬切除息肉。該團(tuán)隊(duì)利用遠(yuǎn)程操作成功地引導(dǎo)該設(shè)備穿過(guò)組織，并切除息肉。
 
　　這項(xiàng)研究由美國(guó)科學(xué)基金會(huì)(National Science Foundation)以及懷斯生物啟發(fā)工程研究所(Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering)資助。
 
　　Wood的微機(jī)器人研究人員與Wyss研究所的技術(shù)轉(zhuǎn)化專家對(duì)此項(xiàng)研究成果申請(qǐng)了*。
 
　　原標(biāo)題：聚焦前沿科技，哈佛大學(xué)開(kāi)發(fā)激光轉(zhuǎn)向微機(jī)器人
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