张立(左)及孙猛猛(右)展示其研发的「 史莱姆 」机器人。中大供图
「史莱姆」机器人收集及包裹住零散的微粒。短片截图科幻电影及动漫游戏都有著名的幻想生物「史莱姆」,有如黏液般可以任意改变身体形状。香港中文大学研究团队受到启发,研发出有如鼻涕般的磁性「史莱姆」机器人(Magnetic Slime Robot),利用磁力操控,在体内执行高难度的医疗任务,例如进入胃部,甚至深入蜿蜒曲折的小肠,伸出「触手」包裹着误吞的小物件并将其带出体外。这种机器人由于外形独特、可变性强,相关论文不仅在《先进功能材料》上发表,其实验影片也在社交平台上获得过千万次点击,大受网民欢迎。
微型机器人应用广泛,除了能实现修复体内损伤、递送药物,中大研究团队研发的「史莱姆」机器人甚至拥有百变形态,应用潜力更为巨大。领导团队的中大机械与自动化工程学系教授张立介绍指,这种「啫喱」般的机器人主要由磁性颗粒NdFeB(neodymium magnet)、水凝胶等构成,具有很大的拉伸能力,能用磁铁任意控制其形状、行动路径。
如章鱼伸触手 力度可操控
团队还能利用磁性,「旋转」机器人的形态,从而产生一股「扭曲」的力度,「它就像章鱼伸出触手,可以捉住、包裹体内的物件。」团队还可以操控形成力度的大小,从而做到更精准、细致的工序。
张立表示,目前的微型机器人分为基于固体(聚合物如矽胶)或基于流体(如液态金属)两种形式,前者变形能力有限,在狭窄、弯曲的空间移动受到很大限制;后者则较难控制移动,对于环境适应力较低。「史莱姆」机器人则结合了两者的优势,纵使在满布黏液的组织、充满胃酸的胃部、狭隘弯曲的小肠,机器人均能游刃有余地自由游走。
「史莱姆」机器人的体积可大可小,病人可以像吃药般将其咽下,医生即可利用带有磁性的机械臂,遥距操控体内的机器人运作,遇到钮扣电池、尖锐外物时就可伸出「触手」,将其包裹并慢慢排出体外。张立表示,若以传统方式,配合内窥镜从消化系统夹出外物,「每次只能抓单一、且体积较大的东西,但我们的机器人可以变成一张纸,可以把面包屑等零散的东西一次过包裹起来。」
毒性不大 体内留48小时仍安全
团队成员之一、论文第一作者孙猛猛表示,团队进行了细胞毒性测试,证明机器人的毒性不大,在体内停留48小时仍属安全;加上机器人不会溶解、残留,具有很高的安全性。张立补充指,团队正于中大「医疗机械人创新技术中心」探讨进一步临床应用,合作机构为苏黎世联邦理工学院、伦敦帝国学院以及约翰·霍普金斯大学,预计三五年内可于人体进行试验。
成本低 几美元一大瓶
张立透露,机器人的成本非常低,实际应用的潜力巨大,「单以成本计算,只要几美元就能有一大瓶」。
此外,机器人还能导电,可在不同的环境中进行电线或电路修复,在工程应用亦有发展空间。