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在过去的十年中,手术机器人在手术室中表现相当出色,帮助医生进行子宫切除术、前列腺切除术和其他复杂但微创的手术。这项技术在医疗领域可能拥有漫长而充满希望的未来,但这只有在这些机器的制造商能够解决一些关键问题,特别是高成本和安全问题的情况下才能实现。
这两个问题都源于当今手术机器人的刚性特性。它们依靠金属工具与软组织相互作用,并通过复杂的(且昂贵的)执行器、电缆和电机系统进行控制。 也许需要一种更灵活的方法。
位于波士顿的初创公司 Soft Robotics, Inc. 旨在找出答案。该公司于今年早些时候成立,正在开发用于外科手术和其他生物医学应用的橡胶机器人,将哈佛大学怀特塞德斯研究小组创建的技术商业化。 该小组由George Whitesides领导,他是一位著名的哈佛化学家和材料科学家,同时也是《大众科学》顾问委员会的成员。该小组最著名的机器人是一个由弹性体(可拉伸塑料)制成的软体X形四足机器人,通过向其内部通道网络泵入压缩空气进行控制。 Whitesides 担任 Soft Robotics 的董事会成员和科学顾问。
硬体机器人需要精密的反馈机制来帮助它们确定在手术期间施加多少力,以避免损坏我们脆弱的组织和器官。 Soft Robotics 首席执行官 Carl Vause 表示,软体机器人可以利用其橡胶状的附肢来降低手术损伤的可能性。“具体而言,对于医疗设备,[您将]允许机器人器械进入狭小空间,在该空间内重新配置,并以一种顺应组织的方式进行操作。” 另一个优势:软体机器人可以在一两天内使用硅胶和其他成本约为 20 美元的材料进行 3D 打印。
迄今为止,最著名的机器人手术系统——Intuitive Surgical 公司的达芬奇——的经验已经说明了传统医疗机器人的前景和缺陷。 达芬奇售价约为 200 万美元,于 2000 年获得美国食品和药物管理局 (FDA) 批准,它允许外科医生操作腹腔镜器械和连接到四个机器人手臂的内窥镜摄像头。 Intuitive Surgical 声称,全球主要临床中心已经进行了超过 150 万例达芬奇手术。 其中约有 367,000 例手术是去年在美国进行的,美国已安装约 2,000 套系统。 大多数手术是妇科或泌尿科手术,特别是子宫切除术和前列腺切除术。
然而,报告表明,使用达芬奇可能会使手术成本增加高达 2,500 美元。 此外,Intuitive Surgical 正面临多起诉讼,涉及一系列问题,包括败血症、严重的肠道损伤以及血管、器官或动脉穿孔。
软体机器人要达到与达芬奇几乎相同的复杂程度还需要一段时间,但人们对这种新兴技术如何在医疗领域中使用(无论是单独使用还是与像达芬奇这样的手术系统结合使用)非常感兴趣。 Soft Robotics 是国防高级研究计划局 (DARPA) 于 6 月启动的一个为期一年的项目的一部分,该项目旨在研究如何将软体机器人用作战场医疗工具。 Vause 说,到明年 6 月,DARPA 希望看到软体机器人是否可以解决战场医务人员面临的许多问题。
DARPA 对软体机器人在许多潜在用途上感兴趣——例如在侦察设备或假肢中——这是该机构于 2011 年启动的最大移动性和操作性 (M3) 计划的一部分。 事实上,怀特塞德斯研究小组的工作是 M3 的一部分,他们去年创建了一个 100 美元的硅机器人,它可以行走、变色并在黑暗中发光。