近日，中國科學院深圳先進技術研究院在磁控微米機器人導管領域取得進展。研究團隊研發(fā)出一種基于磁性螺旋形機器人的微機器人系統(tǒng)(Helixoft)，該系統(tǒng)可無縫集成至商用微導管中，首次在微米尺度實現(xiàn)了遠程且無損的磁控可編程剛度調節(jié)，并兼具主動轉向能力。
為應對磁驅變剛導管在尺寸、安全性和遠場操控方面的限制，Helixoft系統(tǒng)通過將剛性磁性螺旋結構與柔性微管相結合，實現(xiàn)了磁響應能力與機械順應性的協(xié)同設計?；?ldquo;材料磁化—器件結構—磁場模式”三位一體的設計框架，研究團隊構建了一種將磁驅螺旋運動與磁致彎曲相結合的解耦控制策略，在單一外部磁場作用下即可實現(xiàn)微導管剛度調節(jié)與主動轉向的獨立遠程控制。
該系統(tǒng)專為狹窄敏感的小腔道環(huán)境而設計，可集成至直徑小至300微米的商用微導管中，實現(xiàn)跨越40倍范圍的連續(xù)剛度調節(jié)。團隊通過建立描述其力學行為的理論模型，實現(xiàn)對Helixoft微導管運動姿態(tài)的精確預測。此外，Helixoft微導管具備良好的功能擴展性，不僅支持多節(jié)段分布式、相互獨立的剛度調節(jié)，還可集成微型攝像探頭、電極或激光光纖等模塊，為實時成像、組織消融和多模態(tài)微創(chuàng)介入操作提供支持。
在多例活體動物支氣管模型中，研究團隊在Helixoft系統(tǒng)中集成了微型成像器件，結合臨床影像設備與自主搭建的導管推進機構，開展了基于雙模態(tài)影像引導的磁控導航與靶向藥物轉運實驗。通過血液炎癥反應檢測和組織學分析等系統(tǒng)性評估，驗證了該系統(tǒng)在體內應用中的可行性與安全性。同時，還完成了輸卵管離體器官模型中精準取樣演示。
Helixoft微機器人系統(tǒng)為微創(chuàng)介入器械提供了一種全新的“機器人賦能”技術范式。通過在單一外部磁場作用下實現(xiàn)器械力學性能與運動形態(tài)的實時重構，該系統(tǒng)有望突破傳統(tǒng)介入工具在復雜腔道環(huán)境中的操控瓶頸。
相關研究成果發(fā)表在《自然-通訊》(Nature Communications)上。研究工作得到國家自然科學基金優(yōu)秀青年科學基金項目等的支持。
具備磁驅遠程變剛和主動導航能力的Helixoft介入機器人導管
