3種柔韌的機器裝置可在人體內安全地工作。 

用技術術語來說，人體內部基本上是“濕軟的”。當堅硬的物體被放置在體內時，我們柔軟的內臟并不總能很好地與之相處。不僅物體銳利的邊緣會劃傷器官和血管，而且外來物體周圍也會被身體防衛(wèi)系統(tǒng)的瘢痕組織圍繞，妨礙其發(fā)揮預期功能。因此，研究人員正在研制一種可以更好地為人體所接受的軟體機器人。這些機器裝置可以與人體組織親密接觸，卻不會危及安全。

這3種試驗機器人有不同的設計目的——其中兩種是植入性的，還有一種可能成為外科手術的工具——但它們都屬于由新材料和柔性執(zhí)行器打造的更加靈活的機器裝置。 

1）心臟包裹器

全世界有4100萬人正在遭受心臟功能衰退之苦。他們的心臟逐漸無法有效地承擔泵血的重任。一些心衰患者正在等待心臟移植，而另一些人則安裝了被稱為“心室輔助裝置”（VAD）的金屬泵來為無力的心臟提供幫助。但隨著血液在金屬和塑料制成的VAD表面溢流，血栓的風險也隨之增加。

在尋找更好的脈動輔助裝置的過程中，一支國際研究團隊發(fā)明了一種套在心臟外面的硅膠套，從而使機器裝置在有節(jié)奏地擠壓該器官的過程中避免與流動的血液接觸。這個套子的設計受到真實的心臟肌肉的構造啟發(fā)，其內層是可以利用同心環(huán)進行收縮的材料，而外層則可以以螺旋的方式進行收縮。早期的裝置使用了14個氣動裝置（6個位于同心層，8個位于螺旋層）。這些裝置可以通過充氣來分別啟動，從而試驗不同的收縮類型。在活豬身上進行的試驗中，研究人員證明該設備既可以探測和匹配心臟的自然律動，也能夠用穩(wěn)定的跳動來替代不正常的律動。

研究人員之一艾倫?羅氏介紹說，“柔軟機器裝置的潛力不止于為虛弱的人體提供支持。如果能夠與器官的原生屬性相匹配，就可以更好地幫助這個器官——也許可以試著重建它或者使它恢復功能；而如果只是取代器官的功能，器官就不可能好轉。” 

2）藥物劑量儀

當提到瑞士鐘表的時候，“柔軟”和“彎曲自如”可能不會是你腦海中首先浮現的形容詞。因此哥倫比亞大學研究人員的創(chuàng)造性堪稱滿分。通過在柔軟的水凝膠中復制被稱為槽輪機構的手表結構，他們打造了一個可以在人體中按時釋放藥物劑量的具有生物相容性的機器裝置。

哥倫比亞大學生物醫(yī)學工程教授薩繆爾?西亞受手表啟發(fā)，創(chuàng)造出這款生物機器人。它是一個簡單的水凝膠齒輪裝置，內嵌有納米鐵粒子，使研究人員能夠在外部用磁鐵啟動該裝置。齒輪每走一步，就會有一個中空的小格與缺口對齊，從而使一定劑量的藥液流出。西亞提出，在癌癥護理中，植入這樣一個裝置可以定向施用化療藥物，從而使身體的其他部位免受藥物的毒性作用的影響。當他在患骨癌的小鼠身上測試這一裝置時，他發(fā)現與傳統(tǒng)化療相比，由生物機器人給出的藥物劑量可以殺死更多的癌細胞，并使其他部位的更多細胞免受損傷。不僅如此，由于裝置的每次走動都是由外部人員進行操縱的，因此只有在醫(yī)生認為合適的時候才會釋放藥物。

西亞介紹，設計過程中最難的部分是讓材料硬度適中，不能太軟，也不能太硬。“我們不想失去水凝膠的良好特性，但如果這個材料會像果凍一樣坍塌，就很難用它來打造機器人，”他說，“它的硬度必須能使一個小巧的可植入裝置工作。” 

3）溫和抓取者

今天的外科醫(yī)生使用各種抓取工具來對付病人的內臟；比如，他們會用一個工具來將脂肪組織推到一邊，同時使用另一個工具來切掉腎臟中的腫瘤。外科醫(yī)生會小心謹慎地進行這些動作以避免對細嫩的皮肉造成不必要的損傷，若是采用趙選賀設計的柔軟工具，外科醫(yī)生們就可以更容易地完成他們的工作。

趙選賀是麻省理工學院機械工程系以及土木和環(huán)境工程系的助理教授。他設計出了一系列由水凝膠制成的機器裝置，每個裝置都采用內部中空的連鎖立方體的形式來制造。要激活裝置時，由一個注射泵將水注入特定組合中的機器人，使它卷曲或伸展，從而進行快速有力的移動。其中一個抓取機器人（下圖）形似一只有五指的手，它展示了其靈巧程度，抓取了游動的金魚，隨后將金魚放開，而沒有使金魚受傷。趙選賀的團隊現在正在與醫(yī)療團隊合作研發(fā)可在機器人外科手術中抓取器官的水凝膠“手”。

另一個可以包住腸子并有節(jié)奏地收縮的柔性機器人，能夠模仿將食物送入消化道的波狀蠕動過程。對于未來的柔柔性器爪來說，似乎人體內沒有什么東西是不能夠被抓起來的。

作者：Eliza Strickland