关于微型机器人这是今天最in的一篇演讲|CCF-GAIR2017|亚博手机版网址

日期:2021-11-26 01:43:02 | 人气: 88123

关于微型机器人这是今天最in的一篇演讲|CCF-GAIR2017|亚博手机版网址 本文摘要:,特别是在是临床方面。

,特别是在是临床方面。现在世界上的医疗机器人很多,而且在15年前人们就开始在思维,下一代的机器人,特别是在是下一代医疗机器人将不会是什么样。我们考虑到的出发点是微型,就好象第一张图片里好莱坞电影中机器人一样。这是1966年一部电影中经常出现的机器人,它可以增大并让一个科学家藏在其中,通过内部的传感器理解周围的环境。

它的体积十分小,能被呼吸到体内。而今天这个场景是可以构建的。我实在好莱坞早已比科学界先进设备很多了,但他们不必考虑到现实情况,也不必考虑到如何去生产,用什么材料。

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对科学家来讲这个问题很更加无以了,特别是在是工程师,要考虑到生产、机械、潜力,对社会大众产生的益处,商业化和落地。另外还要考虑到市场上哪些疾病是由医疗机器人可以分担的,如果没这些,科研就是毫无意义的。

如何结构微型机器人?接下来谈机器人的结构,特别是在是如何做到微型机器人。我们无法像小说里一样让机器人被呼吸到人体内,我们要谈的是用什么材料。所以再行讲讲它的物理包含。这上面有两个公式,第一个是磁力,我们必需在微型机器人上减少一个磁张力,它才能展开导电。

另外,还要通过转变微型机器人的结构,使它减少力量或者增加力量,还期望这个机器人能展开转动。根据这两个公式建构出有的机器人的物理公式,不光需要展开力的减少和增加,而且能展开权利的360度旋转和转动。2009年的时候我们用八个较为常用的磁铁驱动的医疗设备,看一下在三维工作场景中如何掌控机器人的南北和力的大小。

这个技术也是我们首先明确提出研发并且应用于的。微型机器人的应用于如果早已有了公式和能力掌控微型机器人,接下来的问题是在医疗行业这种小型机器人有什么益处。首先看一下眼睛上有什么样的疾病。

一般的疾病都是用肉眼从外部仔细观察到的,但有一些在过去十年没获得任何变革。现在则可以做用一个微型机器人,在眼睛中仔细观察其内部结构,并且看有什么样的疾病。我们发明者了一个新的设备,它十分十分小,只有零点几毫米,如果你把它放在眼睛上然后拿出来,它会导致任何影响。

从微型机器人角度抵达,我们还想要发明者一些能击穿血管的机器人,把它用在动物身上展开实验。通过它们在血管里的南北,寻找疾病究竟再次发生在哪个地方。再行看一下在体内再次发生的情况,有时候人们指出他们的心脏或者胃出有了问题。

多年来有很多人敦促用微型机器人帮助外科医生做手术。如果谈到心脏,里面有很多血管。如果能用一些微型机器人,这个机器人能有一套自系统需要协助我们去掌控手术的进程呢?我们研发了一个系统,病人可以躺在这个系统中,医生可以通过手里的微型设备看患者的跳动、血流速度。同时,一个医生或者护士帮助病人叙述自己体内的疾病情况。

这种微型的体外设备转入到血管以后,因为有上面相连的磁力,所以需要把信息传返回机器人的大脑。系统中的导管转入到体内,就找到肿瘤的方位。

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左上方可以看见我们把两个系统前端设备和后端设备相连在一起然后展开手术。右边的右图,整个过程中外科医生能通过机器人帮助掌控手术进程。手术有两部分,第一要准确的从外部掌控转入到病人体内的机器人导管。

第二,当我们在移动导管的过程中,需要展开几乎的掌控。在接下来这张图片里,给大家看一下在确实的病患身上做到的第一个顺利的实验。

左边是通过病人超声波导图看疾病情况。在右边的图上方,需要看见心脏里的图像,需要看见他呼吸困难的地方是哪,在哪个地方展开准确的实验和手术。医生看著传回去的图像,就把体外设备放入体内仍然到心脏的部分。

导管很软,同时非常灵活。我们可以让它以高清晰度看见心室和心室前端的所有图像。我们可以掌控微型机器人,让机器人掌控导管。

通过这个技术,我们做的好比是对于导管,尤其是心导管的操作者和掌控。最近也把它用于在其他部分,比如转入到胃的底端,可以很确切的展开胃的检查。更加最重要的是,平时想展开胃肠镜的检查,最好是转入到小肠部分。

我们现在和香港的医生联合合作,构建了一个6米宽的磁导性的导管,可以构建30分钟体内移动。多形态的微型机器人下面看一下软性机器人。

它在过去5-10年十分热门。这类有用于较为坚硬的高分子材料生产,还有以生物为导向的技术和材料分解,我指出这也是未来机器人发展的领域,也就是所谓低软性机器人。与此同时,大型软性机器人否可以做到小,做尤其微型,比如需要老大我们做针细胞。

在我们把机器人做到得更加小的过程中,物理特性不会再次发生转变。我们还用于磁场,但是磁场的用于在微型量级就无法是某种程度的物理属性。

大自然给了解决方案。在1973年我们才确实了解到细菌有磁矩的机制,这是十分有意思的运动机制。这种运动机制,让我们能让微型机器人仿真大肠杆菌或者其他菌体运营。

现在研发的人工菌体,它的鞭毛十分小,同时是双旋的结构,能在液体中权利流动,可以通过磁场展开十分精准的操作者。我们做到了一些更加小的微型机器人,和人的毛发比起,它大约就是15-20微克,大约是红细胞的大小。我们现在做到的十分小的柔性机器人,同时可以在各种液体还有高分子的链当中都展开用于。

2012年的吉尼斯世界记录也记录了ZTH的最微型的机器人,现在我们还在大大的增大机器人的尺寸。在研发了机器人之后,某种程度要注目它的运动,也期望它能带给有效地的应用于。过去几年我们仍然在想要如何用机器人展开给药,专门针对身体的某一个病灶展开。我们把机器人用于类似材料外壳,上面有分开的DNA,这DNA上带着黄色荧光蛋白。

我们所做到的是,让小的柔性微型机器人与人的肾脏细胞展开融合。我们看见,细胞不会榨取了机器人装载的DNA,上面有荧光蛋白,我们就可以了解到细胞的转染,同时更佳的理解这些细胞的基因表达。

微型机器人还可以做到其他的应用于,比如,是不是办法需要对药物展开精准的掌控,否用于形状变化的物体来展开药物掌控。比如说水凝胶,它在温度变化时就不会再次发生适当变化。我们几年前开始做到一种实验,探究否有一种机制,能用于磁场的方式展开药物温力的掌控。如果打红外线,就可以让水凝胶展开冷却,它最后可以释放出来有效地的药物分子,在体内展开精准的药物给药。

在我们展开研究的过程中,我们找到做到的某种程度是针对机器人的用于,也在探究大自然,在自然界中有有所不同形态的微型生物体。这是在过去几年我们找到的有所不同细菌形态和细胞形态。有一种寄生虫它有有所不同的形态,它从苍蝇转入到人体,不会导致睡病。它有一个十分有意思的形态,可以在人的身体内构建乐趣的流动。

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当它超过某一个生命的周期,就不会经常出现体内深渊,然后存活,再行大大拷贝本身的细胞,再度开始全新的生命周期。我们不期望机器人这样做到,但实在可以自学这种机制。自然界有很多微型生命体,它们有有所不同的形态,我们就在想要,微型机器人否可以做这一点。

微型机器人可以在形态学上有转变,或者可以转变自己的形态。比如在温度的变化下,调节它们的形态变化。

这种变化能大大的优化设备,让它们超过更佳的移动性,让它们更佳的构建高速度的运动,或者可以构建像寄生虫或者一般病菌移动的过程。从我们的角度来说,这样可以开发技术来构建各种形态的机器人操作者。可以掌控它们的不道德,寻找最差的移动点。

除此之外,我们也在探究如何把微型机器人用作导管还有内窥镜技术,从而协助我们更佳的理解,如何通过磁场的方式构建导管可灵活性的用于和引入,或者用小的导管就可以构建微型手术,用于内窥镜就可以构建小肠的窥视。微型机器人可以协助我们理解如何设置导管和材料。我们现在需要构建可行性建模,理解有所不同磁场之间的起到,能构建导管在结构上的形态变化,而仍然用于传统的内窥镜所用于的导管。这从临床角度说道是可以构建的,现在市场上早已有了两个系统可以经常出现磁导管,可以协助我们了解到,用于导管时在体内再次发生大大的形态变化,协助我们做到给药或者对纤维的掌控。

最近我的一个博士生正在用于十分小的磁的支气管镜检。他用于的是十分好的磁场检查,十分小的支气管镜,使内窥镜转入到支气管底部。它是十分小的导管,直径只有2微米,可以转入体内看肝细胞否经常出现任何癌化的过程,并且取样展开前列腺。我了解到,中国的肺癌是很相当严重的疾病,而我们做到了很多工作,期望推展肺癌的化疗。

用微型机器人需要转入到肺的底部,比现在内窥镜转入的维度还要深得多。除了做手术之外,我们需要通过在外部掌控微型机器人,让它们在肺部展开权利的行动。

由于柔性材料不具备下坠能力,所以不必担忧,它能仍然能转入到肺的最底部,比目前所有市场上设备转入得都要浅。另外,把传统机器人引进到新的新型机器人里,同时还可以建构一些新的可倾斜的结构,协助我们构建现在在旋转外科手术上所无法超过的病灶深度。

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刚开始的时候我说道了科幻小说中经常出现的场景,但实质上,现在也发明者了切断微型柔性机器人,它能转入到身体有所不同部分,并且把其中几段展开自动的拆分,以超过给药和医治的目的。当然,问题在于:第一,如何展开药物的装取第二,要用什么样的纳米材料展开结构第三,如何掌控体内温度、酸碱值以及所有需要掌控给药和截断的工具、条件关于如何给药,我们还发明者一个小型机器人,需要自动水解,转入到你的体内可以待数月或者数日。另外我们考虑到如何让这些机器人给药过程中不至于损害到其他的细胞。

微型机器人的未来我想要跟大家特别强调的一点是未来是无限的,谈到微型纳米机器人,它是一个较小很新的学科,我们对它的研究也不多达15年。我们在动物的身上做到了实验,但如果在人的身上做到实验,是更为简单的过程,不光是展开一个非常简单的导管设备。我们未来还有哪些问题要解决问题呢?现在还不存在感官的问题,另外还要解决问题一些物理的材料问题。但还有一些十分基本的问题,是没办法解决问题的。

这个学科每周都有新的论文公开发表,解决问题现在所经常出现的问题,但还有很多工作没做到。我们也仍然在跟医生理解,看微型医疗机器人在医学上的应用于在哪里,而且也在他们那里获得一些对系统,看他们现在的医疗难题是什么,我们能为他们做到什么。另外,如果能建构出有许许多多小型微型机器人就能建构出有一些大的有所不同,我们现在早已把8000个小的微型机器人联系在一起了。大家还看见现在3D柔性打印机也变为有可能了,这种柔性打印机也为我们做到医疗机器人获取了有可能。

我们的研究团队正在增大投资力度和科研力度,跟新材料的科学家展开交流,寻找更好的新材料。如果我们再行回来一步看医疗机器人领域,实质上在2001年医疗机器人就有了相当大的突破,从2001年到现在有16年时间,我们看见商业的顺利、疗法上的顺利。许多在医疗机器人领域工作的人,将毫无疑问之后前进他们的工作。在这个过程中也有新的点子和点子,有可能一个机器从最初研究到构建商业化最多20年。

对我们来讲,愿景还十分艰难,现在有更加多微型医疗机器人,有时候要转变技术,有时候要改建机器人的结构。点子很非常简单,但要确实构建这个过程,并且要培训外科医生如何更佳用于小型或者微型机器人,协助他们做手术,实质上是更加艰难的任务。当然,疾病也是一个简单的过程,从科学上谈小型机器人也不能是尽自己的一点小力。

研究也必须很大的科研资金的投放,特别是在是政府的法律法规的反对,来协助我们取得更好的关于医疗微型机器人科研方面的投资。毫无疑问,全世界普遍的用于医疗机器人,它将不会让更加多的病人用更佳的方式被做手术,我们也必须寻找新的设备把化疗的时间变长,把整个医治的过程显得更为的可开销。这是我们未来研究的方向。最后一点关于我们未来有可能要研究的方面,要说的是,今天世界上大多数人还是没办法取得高质量或者优质的外科医生,协助他们临床自己的疾病。

哈佛医学院找到,30%-40%人类疾病都是必须通过外科手术解决问题。现在我们的钱都投放到艾滋病、肺炎还有其他疾病,而这些疾病只是全球犯病人数的10%。

所以我们必需获取更加多的微型医疗机器人,让它们帮助外科医生自律做手术,解决问题全球人们所必须解决问题的医疗问题。作为医疗服务的提供者,必需要把外科手术带来更好的发展中国家,给那些没机会取得手术的人,给第三世界国家的患者。未来微型医疗机器人的前景很光明,我们必需把问题想要得加深更加近,如何能减少化疗的成本,提升整个手术的效率,特别是在是如何需要在第三世界去构建这些目标。原创文章,予以许可禁令刊登。

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