微型机器人领域获进展

近年来，为了实现微创治疗心血管疾病（CVD）的目标，科学家提出了较多用于血管的磁性无束缚机器人。而由于血液流动性，血管中无绳系且无束缚微型机器人承受着较大阻力，较难在自由状态下保持静止，更难以实现逆流而上的定点给药控制。为了降低无线机器人在血管中所受流体阻力，该团队提出了流线型结构设计和更易于临床应用的贴壁运动策略。如图1所示，该研究结合椭圆弧线和抛物线的设计，使机器人相较于传统结构所受流体阻力减少了约58.5%。贴壁的运动模式使得机器人可在流体阻力较低的管壁处前进，相较于管中央前进的经典方式，流体阻力进一步减少约30.7%。  

旋转匀强磁场驱动模式受到截止频率限制，无法提供充足的动力实现机器人的高速逆流运动，因而限制了此类磁驱机器人在临床中的进一步应用。建立贴壁旋转磁驱策略，通过旋匀速旋转梯度磁场在流线机器人表面产生的高效磁旋推“拖拽”力克服流体阻力，使机器人在运动过程中受到均匀的动摩擦力，从而可控制无线机器人在管中匀速前进，解决了由于传统梯度磁场驱动机器人时静摩擦力不断变化的扰动，而使机器人运动卡顿、不稳定等问题，达到约143mm/s的相对逆流速度。为了探究新方法的临床潜力，科研人员在猪血管中进行机器人运动能力的测试。该研究将一段130mm的猪腹主动脉与蠕动泵连接，模拟2700mm3/s的血流环境。机器人成功在26s内通过上述血管，验证了机器人在真实血管中的逆流运动能力，使血管内无线机器人的临床应用成为可能。  

该团队在微操控和微型机器人等领域取得了一系列成果，并提出了通用微尺度下机器人快速制备范式-磁胶喷雾微型外骨骼赋能理论。

研究工作得到国家自然科学基金委员会与香港研究资助局合作项目、深圳市基础研究专项重点项目等的支持。

图1. 自矢量流线型胶囊机器人设计与优化