MIT 推出可食用的膠囊機器人

視頻里的這個可折疊機器人，由麻省理工，謝菲爾德大學及東京工業大學共同研發完成，它能遇熱自動伸展，可以作為醫用膠囊，通過外部的磁鐵控制其行動方向，可以爬進你的胃里，把你誤吞食的電池取出，甚至修補人體內的破洞。

這項發明在本周舉行的紐約國際機器人和自動化大會上正式亮相，有大量的科研人員參與這項折疊機器人的研究并發表了一篇重量級論文。科研人員包括麻省理工的電氣工程和計算機科學系教授 Andrew Viterbi 以及研究組組長 Daniela Rus。

“這種可折疊式機器人令我們非常興奮，我們相信它在健康醫療領域將發揮重要作用”。 麻省理工的計算機科學及人工智能研究室（CSAIL）主管 Rus 對記者說。“對于應用在人體內的機器人，我們必須讓它盡量精巧，可控，這就必須有傳統機器人以外的創意。如果讓機器人由一條繩子控制，讓它準確地在人體內行動是非常困難的”。

這篇論文的第一作者 Shuhei Miyashita 邀請了 CSAIL 博士后 Rus 參與這項計劃，Rus 在完成這個項目之后，去了英國的約克大學任電子系講師。機械工程本科生 Steven Guitron ，CSAIL 博士后 Shuguang Li ，恰好在麻省理工進行學術交流的東京工業大學學生 Kazuhiro Yoshida 以及謝菲爾德大學的 Dana Damian 同樣參與了這個項目。 

雖然它的前一代產品在去年同一時間發布，但它們的材料設計有了很大的差異。與它的前輩一樣，它可以通過粘滑運動移動自身，通過其附屬物的收縮，改變其重量分布進行移動。

和由 Rus 負責的前一代產品相似，新的機器人采用三層結構，中間層會遇熱收縮，上下兩層也會受中間層的影響產生形變。

材質變化

機器人的設計形態經過了無數次的修改，最終成為今天的形狀。“想要機器人能夠正常蠕動，必須滿足以下條件：1.機器人盡可能的小 2.機器人足夠‘硬’”。Guitron 解釋。“最初設計時才用聚酯薄膜材料，比我們現在采用的生物材料更硬，但可能對人體產生不適”。

為了補償生物材料的剛性不足，研究人員提出一項新的設計，通過折疊成多層增加機器人的硬度。同時，收縮形成的褶皺也能提高機器人的抗壓性。

但由于胃里面充斥著液體，機器人的運動并不能完全依賴蠕動。“經過我們計算，我們需要依賴水進行 20％的移動，其他 80% 則是用蠕動”,Miyashita 說。“既然如此，我們就選擇把機器人設計成鰭型，正如你所見，它看起來比較扁平”。

它的設計還需要考慮到膠囊外殼問題，畢竟它由病人口服進體內，所以它的體積被盡可能的壓縮到最小。同時，膠囊進入體內溶解后，它還要有足夠的力讓自己伸展開來，才能順利進行收縮移動。Guitron 說他們試了無數的錯，才找到了長方形的機器人形態，并像手風琴一樣折疊多層，將其長軸和捏腳線充當牽引點。

負責向前進的一個“手風琴”中心使用的是一塊永磁體，借此可以在身體外部控制機器人移動。放在體外的控制器能夠使機器人旋轉移動，在實驗中，他們采用同一塊磁體吸附住誤吞進體內的電池。

用豬做實驗

研究人員使用干燥后的豬大腸做了大量可行性試驗。“我們在亞裔市場和唐人街上花費了大量的時間尋找合適的材料”，李說。機器人的收縮層是用一種可降解的材料，名為 Biolefin 。

要設計一個合成的胃，研究人員買了一個豬肚并測試了其可靠性。他們的模型是胃和食道，從硅橡膠具有相同的機械輪廓成形的開口橫截面。水和檸檬汁的混合模擬在胃的酸性液體。

每年，盡在美國，就有 3500 例紐扣電池被誤吞的報告。通常，紐扣電池能被消化掉，但如果它們進入了食道或者胃里，它們將電離出氫氧化物，這將會對器官產生極大的傷害。Miyashita 采取了聰明的策略說服 RUS ，把取消傳統的手術，讓折紙機器人搞定這些病人。

“Shuhei 買了一塊火腿肉，并把電池放在肉上面”，Rus 說，“半小時后，電池完全溶解在了肉上面 。這讓我意識到了，這件事非同小可，如果你不小心把電池放進了你身體里，你最好盡快把它弄出來，越快越好”。

“這項發明非常實用又兼具創造力，它讓原本需要動用外科手術的問題優雅地解決”。瑞士聯邦理工學院教授 Bradley Nelson 這樣評價道，“這是我目前見到的，折疊型機器人目前為止最有說服力的應用”。

via MIT News

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