MIT 用水凝膠制作軟體機器人:可活抓魚,但協助醫療才是正經事

【合輯】這些令人毛骨悚然的機器人,在醫學領域卻能大展拳腳
小身體,大功用。
在本月初的新加坡 ICRA 2017大會上,展出了許多外形奇怪的醫學機器人。它們有的像藥丸,有的則能像蠕蟲一樣挪動,既讓人感到恐懼又令人著迷。不過,盡管我們本能上可能會拒絕這些機器人,但它們卻能在醫學領域大顯身手,下面深圳灣(公眾號 ID:shenzhenware)挑選了其中五個有創意的產品技術進行介紹。
1. 可以吞進肚子里的膠囊機器人
這只膠囊機器人可以通過食道進入人類的胃中,并一直運動到疑癥部位。然后,就像用腎上腺素筆向人體注射類固醇激素一樣,柔軟的機器人會在快速的抽吸運動中甩出一根針頭,快速的刺入疑癥部位,吸取醫生可以進行分析癌癥或其它疾病所需的組織樣本。然后,它又會移動到其他可疑部位,繼續取樣。
而這款膠囊機器人,是由而來自德國斯圖加特市馬克斯·普朗克(Max Planck)研究所的研究人員設計的。此前通過細針抽吸來取樣的技術(needle aspiration),通常是在體外進行的。但是它們的工作方式只是是在胃部表面刮擦,而馬克斯·普朗克的研究人員認為醫生需要真正能進入組織內部取樣的工具。他們用放有新鮮豬肉脂肪的人體胃部模型成功進行了試驗,膠囊機器人內部配有磁鐵,以方便研究人員在胃內引導機器人的運動方向及刺激動作。
至于機器人取完樣本之后該怎么弄出人體,發明者的建議是用繩子將其拉出喉嚨,粗暴又恐怖的處理方式。
2. 用錘子砸不壞的假手指
也許你能制作一個可由人的神經系統控制的電子手腕,但是你能制造出一個用錘子砸不碎的手嗎?
來自伊利諾伊大學香檳分校的蒂莫西·布雷特(Timothy Bretl)認為不易損壞是假肢手指的一項必要特性。布雷特領導的布雷特研究小組(Bretl Research Group),制造了一個靈活的模型手,內部裝有靈敏的傳感器。研究人員使用各種折磨工具,從各個方向對其進行破壞,但無論怎么破壞,模型手都只是變形而已。
布雷特認為這項研究的重點,是為了消除目前市場上商業假肢常見的易斷裂問題,尤其是在手指彎曲關節處,在受力過大時很容易造成不可逆損壞。因此布雷特研究小組消除了薄弱環節,用柔性材料來取代它。
對于模型手的手指,他們用柔性聚氨酯材料來打印出 3D「骨頭」,將壓力傳感器導線壓制成為硅膠包裹「骨頭」,又插入三層預應力彈簧鋼,其中拇指的制作還配有電機。在被錘子砸過以后,模型手依然可以拿起那把錘子、酒杯、或者一把剪刀,就像什么事情也沒發生一樣。
3. 蠕蟲般運動的結腸鏡機器人
這個機器人能像蠕蟲一樣,在你的直腸與結腸里散步般地挪動。這聽起來可能會覺得有點惡心,但是作為傳統結腸鏡檢查的替代方法,人們有可能會慢慢接受它。
這種小型可控的機器人還配備有攝像頭,并攜帶有收集組織樣本的工具,在進入體內尋找結腸癌及其它疾病的征兆時,比起結腸鏡來說,還是要方便與舒適很多。
這種機器人屬于「蠕蟲」類機器人,由科羅拉多大學博爾德分校的 Rentschler 研究小組開發,目前已經建立起了結腸鏡機器人的原型。根據需要每個機器人都可以含有特殊的因素,例如有的可能帶腿,有的會攜帶特殊的采樣工具。
機器人的主體部分包含三個形狀記憶合金彈簧,來控制機體的壓縮與膨脹,使其沿著腸壁蠕動,它可以在 6 分鐘內移動 15 厘米。相較于結腸鏡檢查,這款蠕蟲機器人能減輕人很多痛苦,卻可能很難銷售出去,除非給它取一個更容易被接受的名字。
4. 能幫助病人取物品的激光輔助機械臂
這是一個能幫你去取東西的機械臂,盡管目前它的動作既緩慢又尷尬。它能自動檢索并尋找你接觸不到的物件,你需要做的只是用激光束瞄準那個物件。
這只機械臂是由美國馬薩諸塞州洛厄爾大學(University of Massachusetts Lowell)和東北大學(Northeastern University)合作的機器人實驗室開發的。他們將機械臂裝在一個移動式滑板車上,并分別在滑板車與機械臂上綁定了深度攝像機,類似于微軟在 Xbox上使用的 Kinect 那樣。當用戶將激光束瞄準了所需的物體時,攝像機會捕捉到亮點,并引導滑板車載著機械臂移動到那里,然后在抓握檢測算法的指導下完成拾取工作,并返回到指導者的身邊。
在 ICRA 現場,這只機械臂能達到 90% 的準確率。但在實際復雜很多的家居環境里,這套裝置則很容易與其它物體相撞。研究團隊說,后續可以通過添加更多傳感器來解決這個問題。
5.可穿戴視覺系統讓盲人扔掉拐杖
當一個盲人走進一個擁擠的房間,會遇到一個很棘手的問題:他需要找到一個空的椅子坐下來,但是在他試探哪個椅子沒有被占用時,他的拐杖可能會碰到別人的腳踝,這是一件很令人尷尬的事情。
為了幫助這類人群,麻省理工學院計算機科學與人工智能實驗室(Computer Science and Artificial Intelligence Laboratory)的研究人員研發了一種基于振動反饋原理的引導系統。該系統包含了深度視覺相機、嵌入式計算機、振動帶和盲文系統。使用者需要將相機和微型電腦戴在他的脖子上,將振動帶圍在身上。基于振動反饋原理,他們可以在用手杖去探測前,辨別一個區域里的障礙物位置,甚至可以辨別哪個椅子是空的。
為了測試這套系統,工程師派出了盲人志愿者,讓他們戴著這套系統穿過建筑物的大廳與模型空間。穿上反饋系統的盲人志愿者會比平時顯得更加猶豫與緩慢,但是在脫離了拐杖的情形下,他們成功的找到了空椅子。