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2017-06-16

【合辑】这些令人毛骨悚然的机器人,在医学领域却能大展拳脚

小身体,大功用。

在本月初的新加坡 ICRA 2017大会上,展出了许多外形奇怪的医学机器人。它们有的像药丸,有的则能像蠕虫一样挪动,既让人感到恐惧又令人着迷。不过,尽管我们本能上可能会拒绝这些机器人,但它们却能在医学领域大显身手,下面深圳湾(公众号 ID:shenzhenware)挑选了其中五个有创意的产品技术进行介绍。

1. 可以吞进肚子里的胶囊机器人

这只胶囊机器人可以通过食道进入人类的胃中,并一直运动到疑症部位。然后,就像用肾上腺素笔向人体注射类固醇激素一样,柔软的机器人会在快速的抽吸运动中甩出一根针头,快速的刺入疑症部位,吸取医生可以进行分析癌症或其它疾病所需的组织样本。然后,它又会移动到其他可疑部位,继续取样。

而这款胶囊机器人,是由而来自德国斯图加特市马克斯·普朗克(Max Planck)研究所的研究人员设计的。此前通过细针抽吸来取样的技术(needle aspiration),通常是在体外进行的。但是它们的工作方式只是是在胃部表面刮擦,而马克斯·普朗克的研究人员认为医生需要真正能进入组织内部取样的工具。他们用放有新鲜猪肉脂肪的人体胃部模型成功进行了试验,胶囊机器人内部配有磁铁,以方便研究人员在胃内引导机器人的运动方向及刺激动作。

至于机器人取完样本之后该怎么弄出人体,发明者的建议是用绳子将其拉出喉咙,粗暴又恐怖的处理方式。


2. 用锤子砸不坏的假手指

也许你能制作一个可由人的神经系统控制的电子手腕,但是你能制造出一个用锤子砸不碎的手吗?

来自伊利诺伊大学香槟分校的蒂莫西·布雷特(Timothy Bretl)认为不易损坏是假肢手指的一项必要特性。布雷特领导的布雷特研究小组(Bretl Research Group),制造了一个灵活的模型手,内部装有灵敏的传感器。研究人员使用各种折磨工具,从各个方向对其进行破坏,但无论怎么破坏,模型手都只是变形而已。

布雷特认为这项研究的重点,是为了消除目前市场上商业假肢常见的易断裂问题,尤其是在手指弯曲关节处,在受力过大时很容易造成不可逆损坏。因此布雷特研究小组消除了薄弱环节,用柔性材料来取代它

对于模型手的手指,他们用柔性聚氨酯材料来打印出 3D「骨头」,将压力传感器导线压制成为硅胶包裹「骨头」,又插入三层预应力弹簧钢,其中拇指的制作还配有电机。在被锤子砸过以后,模型手依然可以拿起那把锤子、酒杯、或者一把剪刀,就像什么事情也没发生一样。


3. 蠕虫般运动的结肠镜机器人

这个机器人能像蠕虫一样,在你的直肠与结肠里散步般地挪动。这听起来可能会觉得有点恶心,但是作为传统结肠镜检查的替代方法,人们有可能会慢慢接受它。

这种小型可控的机器人还配备有摄像头,并携带有收集组织样本的工具,在进入体内寻找结肠癌及其它疾病的征兆时,比起结肠镜来说,还是要方便与舒适很多。

这种机器人属于「蠕虫」类机器人,由科罗拉多大学博尔德分校的 Rentschler 研究小组开发,目前已经建立起了结肠镜机器人的原型。根据需要每个机器人都可以含有特殊的因素,例如有的可能带腿,有的会携带特殊的采样工具。

机器人的主体部分包含三个形状记忆合金弹簧,来控制机体的压缩与膨胀,使其沿着肠壁蠕动,它可以在 6 分钟内移动 15 厘米。相较于结肠镜检查,这款蠕虫机器人能减轻人很多痛苦,却可能很难销售出去,除非给它取一个更容易被接受的名字。


4. 能帮助病人取物品的激光辅助机械臂

这是一个能帮你去取东西的机械臂,尽管目前它的动作既缓慢又尴尬。它能自动检索并寻找你接触不到的物件,你需要做的只是用激光束瞄准那个物件。

这只机械臂是由美国马萨诸塞州洛厄尔大学(University of Massachusetts Lowell)和东北大学(Northeastern University)合作的机器人实验室开发的。他们将机械臂装在一个移动式滑板车上,并分别在滑板车与机械臂上绑定了深度摄像机,类似于微软在 Xbox上使用的 Kinect 那样。当用户将激光束瞄准了所需的物体时,摄像机会捕捉到亮点,并引导滑板车载着机械臂移动到那里,然后在抓握检测算法的指导下完成拾取工作,并返回到指导者的身边

在 ICRA 现场,这只机械臂能达到 90% 的准确率。但在实际复杂很多的家居环境里,这套装置则很容易与其它物体相撞。研究团队说,后续可以通过添加更多传感器来解决这个问题。


5.可穿戴视觉系统让盲人扔掉拐杖

当一个盲人走进一个拥挤的房间,会遇到一个很棘手的问题:他需要找到一个空的椅子坐下来,但是在他试探哪个椅子没有被占用时,他的拐杖可能会碰到别人的脚踝,这是一件很令人尴尬的事情。

为了帮助这类人群,麻省理工学院计算机科学与人工智能实验室(Computer Science and Artificial Intelligence Laboratory)的研究人员研发了一种基于振动反馈原理的引导系统。该系统包含了深度视觉相机、嵌入式计算机、振动带和盲文系统。使用者需要将相机和微型电脑戴在他的脖子上,将振动带围在身上。基于振动反馈原理,他们可以在用手杖去探测前,辨别一个区域里的障碍物位置,甚至可以辨别哪个椅子是空的。


为了测试这套系统,工程师派出了盲人志愿者,让他们戴着这套系统穿过建筑物的大厅与模型空间。穿上反馈系统的盲人志愿者会比平时显得更加犹豫与缓慢,但是在脱离了拐杖的情形下,他们成功的找到了空椅子。

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