MIT 打造醫用微型摺紙機器人,藏身膠囊吞到胃內撿異物

作者 | 發布日期 2016 年 05 月 17 日 7:41 | 分類 機器人 , 醫療科技 follow us in feedly

小朋友常常喜歡亂吞食異物,有時異物會自己拉出來,但有些異物有傷害腸胃道的風險,譬如鈕扣電池在胃中產生電流有可能灼傷胃或食道,往往要醫師以胃鏡及特殊器械大費周章的取出。現代的機器人科技這麼發達,有沒有可能吞個微型機器人藥丸,到胃中去把異物取出呢?美國麻省理工學院(MIT)、英國雪菲爾大學,以及日本東京工業大學的研究團隊決定往這個方向研究。



MIT 先前曾經發展可以自行從摺疊狀態展開並開始作用的「摺紙」機器人,之後又於 2015 年 6 月發表只有 1 公分大小的微型摺紙機器人,微型摺紙機器人的基本結構是兩層結構材料包著中間一層可收縮材料,當中間層收縮時就能做出動作,外層結構材料的結構縫隙設計,可決定中間層收縮時會做出什麼樣的動作,摺紙機器人以「固定──鬆開」的方式前進,也就是以結構端點利用摩擦力抓住地面,當重心位置移動後,摩擦力減小,端點鬆開往前移動,如此重複循環就能向前推進。

不過,要把微型摺紙機器人應用到胃裡,可就有了一些額外挑戰,首先研究團隊可不希望萬一打撈異物失敗,機器人留在胃裡又多了一個異物,因此材料上要改用可被胃酸消化分解的材料,這在材料選擇上造成了一些挑戰;其次是微型摺紙機器人得擠進膠囊裡頭,所以結構縫隙設計也得因應改變;最後是胃中充滿液體,因此推進的方式也不同,有 20% 的推進動作來自於打水,因此要有類似魚鰭概念的動作與設計,不過 80% 前進動作則還是來自在胃壁上做「固定──鬆開」動作。

因應這些挑戰,最後研究團隊選擇了用來做為香腸外皮的乾豬腸為機器人的結構材料,中間層收縮材料則使用可生物分解聚烯烴(Biolefin),聚烯烴( Polyolefin)是常用的熱收縮塑膠,用於熱收縮包膜等應用,一般聚烯烴塑膠並不易分解,不過近年來受到環保需求影響,許多化工廠開發可氧化後經生物分解的聚烯烴,如添加可催化氧化分解效應的金屬有機鹽等。

機器人身體大體上是扁平的長方形,利於在液體中游動,身上有一塊小小的永久磁鐵,可熔體外以磁場變化來控制機器人的動向,並可用同一塊磁鐵吸起電池。

(Source:YouTube

研究團隊用豬食道與豬胃打造模擬的上消化道,來測試機器人的功能,一開始機器人包覆在膠囊中,隨著膠囊溶解,原本有如手風琴風箱般摺疊的機器人展開,並在磁場指引下前進並拾取電池。在美國每年有 3,500 件吞入鈕扣電池的案例,若此機器人最終開發完成上市,將有相當大的幫助,但研究團隊認為這樣的微型機器人不只可以拿取電池,還可能發展給藥到胃壁特定部位,或是蓋住胃潰瘍區域等功能。

不過,研究團隊使用的胃模型只是展示概念用的開放式簡單模型,而真正的的食道與腸胃更為複雜,不僅無法從體外看到內部,還會一直蠕動,屆時微型機器人是否還能作用或如何找到目標,將是一大挑戰,可說目前這個想法仍然只是在概念原型階段,尚無實際應用價值,但研究團隊也將繼續精進,相信很快就會有更進一步的突破。

(首圖來源:MIT News) 

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