• 研究

多足軟體機械人開拓人體傳輸藥物新應用


CityU team
王教授(前排右)、申博士(前排左)及其他參與開發微型軟體機械人的城大研究人員。

 

香港城市大學(城大)領導的研究團隊成功研發像毛蟲般多足的微型軟體機械人,能夠在惡劣環境下載運重物。這項新研究成果,可為日後在人體內輸送藥物等醫療科技發展帶來新機遇。

新研發的機械人極靈活,可越過高度逾其腿長10倍的障礙物;其多足設計也大幅減少與地面的摩擦,令它可在人體內滿佈或浸沒在體液或血液的表面迅速移動。

研究成果已於最新一期科學期刊《自然通訊》發表,論文題為「在乾爽或濕潤環境下均可運作的仿生物多足軟體微型機械人」。

領導是次研究的城大生物醫學工程學系助理教授申亞京博士表示,微型機械人最特別之處是有數以百計、長度少於1毫米且柔軟如毛髮的尖腿。這項獨特的設計大幅減少了足底與表面的接觸面積以至摩擦。實驗測試結果顯示,無論是在乾爽或潮濕的環境,多足機械人與表面的摩擦均較無足機械人少40倍。

soft robot
這個極靈敏及多足的軟體機械人,能夠在惡劣的環境下載重運輸。

 

其製造材料也是主要特色之一。機械人以一種名為聚二甲基矽氧烷(PDMS)的矽物料造成,內含磁性顆粒,可通過電磁力作遙控。

城大機械工程學系王鑽開教授說:「我們採用的材料和多足設計,都大大提升了機械人的疏水性能。此外,由於矽膠柔軟,因此可輕易裁剪成不同形狀和大小的機械人,以作各種用途。」王教授最先構思這項研究,並推動其他研究人員合作研發。

在實驗中,通過磁力操控器控制,機械人可用拍打或兩邊搖擺的方式向前移動。

王教授說:「人體內不同組織的表面高低不平,肌理也轉變不定,令藥物傳輸非常困難。我們發明的多足機械人在不同的表面上均可快速移動,在人體傳輸藥物方面有極大潛力。」

研究團隊進一步發現,該機械人在面對較其腿長高10倍的障礙物時,憑藉其柔軟身體和可變形腿足,可輕易越過。

機械人的載重能力亦極佳。實驗測試結果顯示,它可負載其體重100倍的物件,相等於一個人輕易舉起一輛26座位小型巴士。

申博士補充說:「我們發明的微型機械人載重能力高,且能快速移動及跨越障礙,極為適合應用於惡劣環境,例如經人體消化系統傳送藥物,或是進行醫療檢查。」 

在動物以至人類體內進行機械人測試前,研究團隊將從三方面優化該項目:尋找可生物降解的製作材料、研發機械人的新外型,以及增加其他特點。

申博士說:「我們希望在未來兩三年內製成可生物降解的機械人,能夠在完成傳送藥物的任務後自然分解。」

研究論文的首席共同作者是城大生物醫學工程學系博士生陸豪健、機械工程學系張梅博士。其他共同作者包括生物醫學工程學系博士生楊媛媛,以及北京理工大學的黃強教授福田敏男教授