科学家成功打造了一款磁控线形机器人

这是一款可转向的磁控线形机器人，可以在脑血管这样的狭窄空间主动滑行，重要的是，这种血管造影导丝具有在迂曲血管中强大的穿越能力。

可以想象得到，将来医生可以远程操控这种机器人，辅以现有的血管治疗手段来治疗脑阻塞和病变。这项来自麻省理工学院机械工程系副教授赵选贺（Xuanhe Zhao）团队的研究发表在《科学机器人》（Science Robotics ）。

中风即脑卒中，是中国人的头号杀手。来自中国疾病预防控制中心的数据触目惊心，我国现有中风患者 7000 万人，每年新发中风 200 万人，每 12 秒就有一个中国人发生中风。医学界认为，如果能在发病后 90 分钟内进行治疗，患者的生存率会得到显著增加。那么，如果能设计出在这个黄金时段内阻止血管阻塞的装置，就有可能避免脑组织的永久性损伤。

目前，医院普遍采用的血管介入治疗需要技术熟练医生进行操作。这是一种微创治疗方式，仅需要在皮肤上开几毫米大小的切口，在腿部或腹股沟主动脉处插入导管和导丝，目的是让导管通过即可，之后医生在X射线造影引导下，通过导管导丝前进或旋转，待导管携带的支架到达病灶部位释放后，再撤回导管导丝。

这个过程有不少问题。其一，人体血管弯曲且分支较多，尤其是脑血管更加细小复杂，长时间的手术过程中容易出现手术操作失误。其二，医生手术时往往穿厚重的防辐射铅衣，这加重了医生的负担，且这种防辐射的方法不能保证医生完全避免辐射。其三，微创手术非常考验医生的操作水平，能熟练操作手术的医生数量远远少于病患所需。在偏远城市或农村地区，这种现象尤为突出。

目前已经有多种手术机器人研究旨在克服上述障碍。这些机器人利用磁导航、记忆合金、钢丝绳索、液压来控制导丝速度和方向。然而这些机器人都遇到小型化挑战，如今最先进的线形机器人更多用于心脏和外周血管干预，但无法用到血管更细小、更曲折的神经外科。希望设计一款远程控制的微型导丝机器人，可以巡航复杂微小血管网络，也减少医生受到的辐射。

这款导丝称为铁磁软机器人，它由磁性软材料构成，其中磁化或可磁化的微粒均匀分布在软质聚合物基质中，那么这就可以经过打印或注塑得以实现亚毫米的小型化制造。同时，利用外部磁场可以精确控制这款软机器人，让它在血管内蜿蜒爬行。

为了克服软机器人在血管中穿越遇到的摩擦力，研究人员让只有 10 微米到 25 微米厚度的水凝胶皮肤生长在机器人表面，因其是水合交联聚合物，可有效降低表面摩擦。研究人员在血管模型中试验发现，机器人的水凝胶涂层可以让导丝拥有光滑属性，能够在紧凑的血管内滑行而不会卡住。相比之下，现有的手动导丝前进中在血管壁上有明显的拖行和摩擦，在分叉处需要手动导向，其前进速度比磁控软体机器人慢很多，而且不容易到达复杂的微小血管分叉。

如今这个软体机器人已经在人体脑血管的硅胶模型上得到验证，研究人员使用一块大磁铁，让导丝穿针引线般精确到达了病灶区域。机器人导丝可以被赋予更多功能，比如递送药物或用激光破坏掉血凝块。研究人员可以用光纤替换掉镍钛合金核芯，这样机器人还可以用激光来处理堵塞血栓。

这个研究也是赵选贺团队过去几年研究的集成。他们发明了水凝胶材料和磁控材料。前者是一种生物相容性材料，后者可以设计用来爬行、跳跃和抓取的 3D 打印磁力驱动材料。他们正是将两者结合创造出这款机器人导丝。由于机器人导丝无需外科医生手工操作，也就意味着医生不必靠近患者和辐射设备，这就减少了医生遭受的辐射。