近日，中國科學院深圳先進技術研究院集成所智能仿生中心尚萬峰課題組與香港科技大學智能制造中心合作，在微型機器人領域取得新的進展,相關研究成果發表于《IEEE機器人匯刊》。
研究團隊針對血管等流體環境下微型醫療機器人逆流游動難、控制力不足等挑戰，提出了無束縛微型機器人獨特軟膜膠囊結構及其掛壁旋進的控制策略，為微型磁性機器人在實際血管中應用提供了新的研究思路和解決方案。
心血管疾病（CVD）是全球死亡率最高的疾病之一，大約 80%的CVD死亡是由心臟病發作和腦卒中引起的。為了實現微創CVD疾病治療的最終目標，近年來科學家提出了許多用于血管的磁性無束縛機器人。但由于血液流動性，血管中無繩系、無束縛的微型機器人承受著巨大阻力，很難在自由狀態下保持靜止，更難于實現逆流而上的定點給藥控制。
為降低無線機器人在血管中所受流體阻力，研究團隊提出了流線型結構設計和更易于臨床應用的貼壁運動策略。結合橢圓弧線和拋物線的設計使機器人相較于傳統結構所受流體阻力減少了約58.5%。貼壁的運動模式使得機器人可在流體阻力較低的管壁處前進，相較于管中央前進的經典方式，流體阻力進一步減少約30.7%。
旋轉勻強磁場驅動模式受到截止頻率限制，無法提供充足的動力以實現機器人的高速逆流運動，因而限制了此類磁驅機器人在臨床中的進一步應用。
對此，研究團隊建立了貼壁旋轉磁驅策略，通過勻速旋轉梯度磁場在流線機器人表面產生的高效磁旋推“拖拽”力克服流體阻力，使機器人在運動過程中受到均勻的動摩擦力，從而可控制無線機器人在管中勻速前進，解決了由于傳統梯度磁場驅動機器人時靜摩擦力不斷變化的擾動而使機器人運動卡頓、不穩定等問題，達到約143毫米每秒的相對逆流速度。
為探究新方法的臨床潛力，研究人員在豬血管中進行了機器人運動能力的測試。通過將一段130毫米的豬腹主動脈與蠕動泵連接，模擬了2700立方毫米每秒的血流環境。機器人成功在26秒內通過血管，充分驗證了機器人在真實血管中的逆流運動能力，使血管內無線機器人的臨床應用成為可能。