我们的创科故事6-科幻电影启发灵感 软体机械人走进体内治疗

　　图：中大机械与自动化工程学系教授张立率领团队，研发用于微创腔内介入治疗的磁性“史莱姆”机械人，早前于日内瓦国际发明展夺得金奖。/大公报记者林良坚摄　　“史莱姆”一词来自英文“slime”，是一种在电子游戏与奇幻小说中时常出现的虚构生物，其流行形象是一种凝胶状、可以变换形状、能够分裂或融合的黏状物质。“我们这个机械人的名字就是从中获得灵感”，香港中文大学机械与自动化工程学系张立博士介绍说。　　张立团队研发的用于微创腔内介入治疗的磁性“史莱姆”机械人，在第48届瑞士日内瓦国际发明展获得金奖。张立对《大公报》表示，这种变形机械人具有自癒合能力和良好的环境适应性，在体内能执行高难度的医疗任务，例如帮助误吞东西的小孩把异物排出体外。“我们正在完善技术，拓展该机械人应用范围，例如在工业上可代替工人在高风险环境下维修电路板等等。”/大公报记者 苏薇　　这款机械人的灵感源于八爪鱼和科幻电影《毒魔》、《终结者》（港译《未来战士》）中的液态机械人。据张立博士介绍，磁性“史莱姆”机械人的材料其实很简单，主要以水凝胶和磁性颗粒“钕铁硼”制成，结合了固体和流体两种形式的优势，可以整合不同功能性的微纳米材料。　　在磁力控制系统，如磁性机械臂、电磁线圈等的操控下，该机械人不仅可以轻松穿越狭小的通道或是障碍物，在外加磁场的作用下还能实现任意的变形、移动及抓住和包裹物件。“它能犹如八爪鱼般抓住目标物件，再将物件送到目标位置。”　　可“执走”儿童误吞异物　　张博士表示，儿童误吞电池、硬币等异物的事故经常发生，如遇尖锐异物或电池内的电解液洩漏，随时危及生命。张立团队和中大医学院合作，希望利用该技术，让病人可以如吞药丸般将“史莱姆”机械人吞进肚内，医生再利用带有磁性的机械臂遥控机械人，遇到体内的外物时会伸出“触手”，把其包裹并慢慢排出体外，减轻病童因进行内窥镜或开腹手术而承受的痛苦及风险。他强调，团队的细胞毒性测试证实，机械人可在体内停留48小时，目前对人体相对无害。　　配合机械臂遥距操控　　然而，想要把“史莱姆”机械人真正运用到医疗上，还需要经过不少挑战。张立博士解释，与展示用的胃部模型不同，人的消化道实际上是会蠕动的，且胃部、肠道内更含有不同种类的消化液，这些都会影响到“史莱姆”机械人的稳定性。　　另外，要应用于人体内，高度精准的实时操控亦十分重要。首先磁铁在体外操控，可能因为距离过远影响磁性“史莱姆”机械人的响应能力。“要让机械人实现‘包裹’这样复杂的动作还需要有丰富的经验，人手操控磁场很难做到高精准度，必须配合一个智能的机械臂控制系统来完成。不仅可以自动操作，当遇到问题时医生亦可以切换为手动模式，还要能够配合医院的影像设备，如X光、超声波等等来进行。”张博士说。　　张立博士透露，团队与医学院的相关合作现正进行到第一代“史莱姆”机械人的动物实验环节，并在总结经验后，继续研发第二代“史莱姆”机械人时，希望能在材料选择和其磁力控制系统上有新的突破，做出稳定性更强的“史莱姆”机械人，“希望它最终能成为医生的第三只机械手，辅助完成一些高难度的医疗操作。”　　助微创及无创治疗　　软体机械人一直是机械人技术的一个研究热点。张立博士忆述，2012年自己加入香港中文大学后，便带领一众博士生探索微型机械人学及其生物医学应用。“人体内许多器官都很复杂，很难直接通过内窥镜或者是通过导管技术达到。举例说，如果你的胃觉得不舒服，医生可能会安排照胃镜，但是胃镜的直径非常粗，整个过程会让人很不舒服。”　　他一直在探索如何设计出无缆化、微型化设计的微型机械人，“正是因为有了前面十馀年经验的积累，所以这次能比较顺利地研发出这款机械人，希望能真正在医疗上进行微创或者无创的应用。”