哈佛大學(xué)開(kāi)發(fā)硬幣大小的微型機器人，可完成人類(lèi)外科顯微手術(shù)

　　上世紀80年代，“Delta機器人之父” Reymond Clavel教授為一家巧克力工廠(chǎng)開(kāi)發(fā)出Delta的第一個(gè)版本，該機器人擁有三個(gè)獨立控制的輕量手臂，引導一個(gè)平臺在三個(gè)方向上快速準確地移動(dòng)，從而高效包裝巧克力果糖。此后的近30年時(shí)間里，Delta機器人憑借精度高、速度快，被廣泛用于取放組裝、機械加工、焊接、食品包裝等工業(yè)流程中。

　　目前，Delta機器人已經(jīng)步入了“毫米級”時(shí)代。據哈佛大學(xué)官網(wǎng)消息，哈佛大學(xué)Wyss生物創(chuàng )新工程研究所和John A. Paulson工程與應用科學(xué)學(xué)院(SEAS)的Robert Wood團隊最近已開(kāi)發(fā)出一款新的設計，被稱(chēng)為“milliDelta”機器人。相關(guān)成果發(fā)表在國際頂級學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》(Science)于2016年底正式創(chuàng )刊的《科學(xué)· 機器人學(xué)》(Science Robotics)。

　　值得一提的是，Delta機器人問(wèn)世以來(lái)，如何設計出更小尺寸的機器人一直是工程師們的挑戰，業(yè)界一度認為將其尺寸縮小到毫米級是一項不可能完成的任務(wù)。哈佛大學(xué)官網(wǎng)稱(chēng)，Robert Wood團隊開(kāi)發(fā)的milliDelta正是克服了小型化挑戰。

　　milliDelta 機器人誕生的靈感來(lái)源于立體書(shū)和折紙。受此啟發(fā)，Robert Wood團隊在2011年開(kāi)發(fā)了一種微制造法，可以將平板復合材料組裝成機器人。彈出式微電子機械系統(MEMS)制造目前已經(jīng)被用于構建動(dòng)態(tài)厘米級機器，飛行機器人RoboBee即用了該原理。

　　在Robert Woo團隊的最新這項研究中，他們用微制造法開(kāi)發(fā)了尺寸僅為15毫米×15毫米×20毫米的milliDelta機器人。這也就意味著(zhù)，milliDelta機器人不過(guò)如一枚硬幣般大小，可以直接被放進(jìn)零錢(qián)包里。

　　研究團隊通過(guò)整合精密加工技術(shù)和高性能復合材料，使milliDelta集成了彎曲接頭和彎曲制動(dòng)器，從而快速、有力地在微米精度下進(jìn)行操作。這些特點(diǎn)幫助milliDelta可以勝任制造業(yè)和醫藥行業(yè)中一系列需要精密操控的任務(wù)。

　　Wyss研究所核心成員Wood表示，“縮放物理學(xué)告訴我們，縮小Delta機器人的尺寸可以提高它們的速度和加速度，彈出式MEMS制造法能夠使用任何材料或復合材料，或許是解決這個(gè)問(wèn)題的理想途徑。”Wood同時(shí)表示，“這種方法也使得我們能夠快速完成許多迭代，最終開(kāi)發(fā)出milliDelta。”

　　milliDelta的設計采用具有嵌入式彎曲關(guān)節的復合材料層板，其復雜性接近于大型Delta機器人。論文的第一作者Hayley McClintock表示，“在裝配夾具的幫助下，這種層壓板可以精確地折疊成毫米級的Delta機器人。milliDelta還利用壓電致動(dòng)器，這樣和現有的Delta機器人相比，它們的移動(dòng)頻率可以快15至20倍。”

　　據McClintock描述，“現有的 Delta 機器人只能在幾赫茲的頻率下工作，而 milliDelta 機器人的表現十分搶眼，它已經(jīng)能在高達 75 赫茲的頻率下繪制圓圈。”

　　此外，研究團隊還展示出，milliDelta可以在一個(gè)僅7立方毫米的工作區內操作，可以施加作用力并顯示出軌跡，這些都使其成為工業(yè)取放過(guò)程中精密操控的理想選擇，以及進(jìn)行例如人類(lèi)視網(wǎng)膜顯微手術(shù)這樣的的顯微外科手術(shù)。

　　研究團隊還對milliDelta進(jìn)行了顯微外科手術(shù)和其他精密操控的首次測試，挖掘它們作為手顫抖消除裝置的潛力。論文的共同第一作者Fatma Zeynep Temel博士說(shuō)，“我們首先繪制了某個(gè)人拿著(zhù)牙簽尖端的路徑，計算出這些路徑，然后將它們輸入milliDelta機器人，機器人就能夠匹配和取消它們。”

　　研究人員認為，專(zhuān)業(yè)的milliDelta機器人既可以添加到現有的機器人設備上，也可以開(kāi)發(fā)為獨立的設備，例如在科學(xué)研究和臨床實(shí)驗室中操作細胞的平臺。