MIT 用水凝胶制作软体机器人：可活抓鱼，但协助医疗才是正经事
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2017-06-16
【合辑】这些令人毛骨悚然的机器人，在医学领域却能大展拳脚
小身体，大功用。
在本月初的新加坡 ICRA 2017大会上，展出了许多外形奇怪的医学机器人。它们有的像药丸，有的则能像蠕虫一样挪动，既让人感到恐惧又令人着迷。不过，尽管球盟会登录入口网页版本能上可能会拒绝这些机器人，但它们却能在医学领域大显身手，下面球盟会登录入口网页版（公众号 ID：shenzhenware）挑选了其中五个有创意的产品技术进行介绍。
1. 可以吞进肚子里的胶囊机器人
这只胶囊机器人可以通过食道进入人类的胃中，并一直运动到疑症部位。然后，就像用肾上腺素笔向人体注射类固醇激素一样，柔软的机器人会在快速的抽吸运动中甩出一根针头，快速的刺入疑症部位，吸取医生可以进行分析癌症或其它疾病所需的组织样本。然后，它又会移动到其他可疑部位，继续取样。
而这款胶囊机器人，是由而来自德国斯图加特市马克斯·普朗克（Max Planck）研究所的研究人员设计的。此前通过细针抽吸来取样的技术（needle aspiration），通常是在体外进行的。但是它们的工作方式只是是在胃部表面刮擦，而马克斯·普朗克的研究人员认为医生需要真正能进入组织内部取样的工具。他们用放有新鲜猪肉脂肪的人体胃部模型成功进行了试验，胶囊机器人内部配有磁铁，以方便研究人员在胃内引导机器人的运动方向及刺激动作。
至于机器人取完样本之后该怎么弄出人体，发明者的建议是用绳子将其拉出喉咙，粗暴又恐怖的处理方式。
2. 用锤子砸不坏的假手指
也许你能制作一个可由人的神经系统控制的电子手腕，但是你能制造出一个用锤子砸不碎的手吗？
来自伊利诺伊大学香槟分校的蒂莫西·布雷特（Timothy Bretl）认为不易损坏是假肢手指的一项必要特性。布雷特领导的布雷特研究小组（Bretl Research Group），制造了一个灵活的模型手，内部装有灵敏的传感器。研究人员使用各种折磨工具，从各个方向对其进行破坏，但无论怎么破坏，模型手都只是变形而已。
布雷特认为这项研究的重点，是为了消除目前市场上商业假肢常见的易断裂问题，尤其是在手指弯曲关节处，在受力过大时很容易造成不可逆损坏。因此布雷特研究小组消除了薄弱环节，用柔性材料来取代它。
对于模型手的手指，他们用柔性聚氨酯材料来打印出 3D「骨头」，将压力传感器导线压制成为硅胶包裹「骨头」，又插入三层预应力弹簧钢，其中拇指的制作还配有电机。在被锤子砸过以后，模型手依然可以拿起那把锤子、酒杯、或者一把剪刀，就像什么事情也没发生一样。
3. 蠕虫般运动的结肠镜机器人
这个机器人能像蠕虫一样，在你的直肠与结肠里散步般地挪动。这听起来可能会觉得有点恶心，但是作为传统结肠镜检查的替代方法，人们有可能会慢慢接受它。
这种小型可控的机器人还配备有摄像头，并携带有收集组织样本的工具，在进入体内寻找结肠癌及其它疾病的征兆时，比起结肠镜来说，还是要方便与舒适很多。
这种机器人属于「蠕虫」类机器人，由科罗拉多大学博尔德分校的 Rentschler 研究小组开发，目前已经建立起了结肠镜机器人的原型。根据需要每个机器人都可以含有特殊的因素，例如有的可能带腿，有的会携带特殊的采样工具。
机器人的主体部分包含三个形状记忆合金弹簧，来控制机体的压缩与膨胀，使其沿着肠壁蠕动，它可以在 6 分钟内移动 15 厘米。相较于结肠镜检查，这款蠕虫机器人能减轻人很多痛苦，却可能很难销售出去，除非给它取一个更容易被接受的名字。
4. 能帮助病人取物品的激光辅助机械臂
这是一个能帮你去取东西的机械臂，尽管目前它的动作既缓慢又尴尬。它能自动检索并寻找你接触不到的物件，你需要做的只是用激光束瞄准那个物件。
这只机械臂是由美国马萨诸塞州洛厄尔大学（University of Massachusetts Lowell）和东北大学（Northeastern University）合作的机器人实验室开发的。他们将机械臂装在一个移动式滑板车上，并分别在滑板车与机械臂上绑定了深度摄像机，类似于微软在 Xbox上使用的 Kinect 那样。当用户将激光束瞄准了所需的物体时，摄像机会捕捉到亮点，并引导滑板车载着机械臂移动到那里，然后在抓握检测算法的指导下完成拾取工作，并返回到指导者的身边。
在 ICRA 现��，这只机械臂能达到 90% 的准确率。但在实际复杂很多的家居环境里，这套装置则很容易与其它物体相撞。研究团队说，后续可以通过添加更多传感器来解决这个问题。
5.可穿戴视觉系统让盲人扔掉拐杖
当一个盲人走进一个拥挤的房间，会遇到一个很棘手的问题：他需要找到一个空的椅子坐下来，但是在他试探哪个椅子没有被占用时，他的拐杖可能会碰到别人的脚踝，这是一件很令人尴尬的事情。
为了帮助这类人群，麻省理工学院计算机科学与人工智能实验室（Computer Science and Artificial Intelligence Laboratory）的研究人员研发了一种基于振动反馈原理的引导系统。该系统包含了深度视觉相机、嵌入式计算机、振动带和盲文系统。使用者需要将相机和微型电脑戴在他的脖子上，将振动带围在身上。基于振动反馈原理，他们可以在用手杖去探测前，辨别一个区域里的障碍物位置，甚至可以辨别哪个椅子是空的。
为了测试这套系统，工程师派出了盲人志愿者，让他们戴着这套系统穿过建筑物的大厅与模型空间。穿上反馈系统的盲人志愿者会比平时显得更加犹豫与缓慢，但是在脱离了拐杖的情形下，他们成功的找到了空椅子。
