港產「史萊姆」機械人掀醫療新革命

儘管機械人技術已面世多年,但長期大多停留在重工業製造層面,直到爆發疫情後,全球愈來愈多企業更願意接納機械人科技,並將之應用在商業層面上。香港中文大學機械與自動化工程系的張麗教授(Li Zhang)與同事就研發出一款Slime Robot(「粘液」機械人),可以用來執行平常人所到不了的領域,例如進入人體修復器官,或是取出被小孩誤吞食的異物等,甚至可寄望應用於日後醫療範疇。

香港中文大學機械與自動化工程系的張麗教授


Slime Robot的外型其實有點酷似著名電玩角色,故亦有人戲稱「史萊姆」,根據《Advanced Functional Materials》論文,Slime Robot的學名是「磁性微型軟體機械人」(Magnetic miniature soft-bodied robots),當中的原理是加入了「釹」磁鐵顆粒,讓科學家可以通過外部的磁場控制,讓「史萊姆」變成可以活動的機械人。


同時具備變形力和適應力

藉由將微小的磁性粒子混合到流體中,Slime Robot可以被磁場操縱。科學家可以用單個磁鐵引導它通過狹窄的空間和通道,或是用兩個磁鐵固定和拉伸;如果採用旋轉磁鐵,它的行為更會像章魚手臂一樣,輕鬆地包覆或抓住物體。由於它含有金屬成分,因此還可以導電,可用於纏繞電線並修復難以到達地方的電路。換言之,Slime Robot理論可應用於內科層面,用來穿過胃腸道而不會造成損傷。該團隊更測試了Slime Robot在各種情況下的功能,包括在人體胃的模型中尋找並包覆誤吞下去的電池,或是在抓住一根電線之後,移動並穿過微小的間隙。


Slime Robot的創新點是同時具備了「彈性體」機械人的適應性和「流體」機械人顯著的變形能力,可以通過直徑 1.5 毫米的狹窄通道,並在復雜多變的環境中行進。它在被切割成碎片之後也可以自我修復。這項研究增強了這類「非固態」機械人在生物醫學、電子和其他領域的未來應用,包括抓取固體,運輸有害物品、人體運動監測以及電路切換和修復等。


Slime Robot離醫學之路仍遠?

無疑,科學家的最終目標是Slime Robot能夠為微創手術、顯微操作和靶向藥物輸送等醫療程序提供理想的解決方案。但事實上,若要將Slime Robot應用在醫療環境中則還有很長的一段路要走。


首先,磁性粘液,包括釹磁鐵顆粒,都是由有毒的化學物質製成,因此科學家必須在將粘液用於手術之前,確保它們不會洩漏到患者的體內。目前的作法是在磁性粘液周圍放置一層二氧化矽。二氧化矽是沙子的主要成分,它應該可以在粘液周圍形成一道安全屏障,但是這道屏障的有效性將取決於磁性粘液會留在人體內有多長的時間。時間愈長不確定性就愈高,因此未來還需要做更多的安全測試。再者,University of Leeds的機械工程學教授Pietro Valdastri亦指出,若要將Slime Robot放入人體之前,科學家需要先想出一套追踪它的方法。也許,如果能夠讓Slime Robot在人體內安全地工作,則未來的醫療程序將更為容易,也是香港醫療科技對全世界的一項大革新啟示。



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