斯坦福赵芮可教授《Nat. Commun.》：人体内的体操高手 - 无线两栖送药机器人

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微型机器人实现定向定量送药可以最大程度的保证药物到达病灶处，同时减少药物对身体其他健康部分的损害，未来有望改善癌症等疾病的治疗效果，是医工交叉领域的研究热点。目前常用方法是在机器人上设计额外的放药机制，采用不同的驱动方式分别控制机器人运动和放药，增加了控制系统的复杂度，同时用于放药的结构可能还对机器人的运动产生影响。除此之外，面对复杂的人体环境，例如肠胃、泌尿系统等器官壁与体液混合的空间，机器人的环境适应性问题也是一大挑战，目前还没有送药机器人能展示两栖环境下的运动能力。

近日， 斯坦福大学赵芮可教授团队以 “Spinning-enabled Wireless Amphibious Origami Millirobot” 为题在《Nature Communications》上报道了一种可以同时实现水路两栖多模态运动和可控药物释放的微型机器人（视频1）。

视频1

该机器人基于磁驱动Kresling折纸结构，研究团队近年来针对该结构进行了一系列研究，通过利用折纸的变形特性探索了其磁驱动和分布式驱动的原理（PNAS, 2020, 39, 24096-24101），开发出可实现多模态变形的仿生机械臂（PNAS, 2021, 36, e2110023118）以及狭窄空间内送药的类蠕虫爬行机器人（Sci. Adv., 2022, 13, eabm7834）。

在最新研究中，团队打破了折纸机器人领域利用变形实现运动的传统和思维定式，充分探索并利用了折纸结构的几何特征和可折叠特性，开发出了一款结构简单、功能集成、环境适应性强的微型两栖送药机器人。

该工作创新点主要为以下三点：

（1）Kresling折纸外形具有类似螺旋桨的结构，在旋转磁场驱动下，机器人在水中高速旋转时，产生沿轴向的推进力，并可通过改变旋转磁场所在平面灵活控制机器人在三维水域内的运动（视频2）

视频2

（2）Kresling折纸结构的耦合位移-收缩特性被用作实现可控放药的泵送原理，当施加固定方向的周期性磁场时，机器人将循环收缩展开用以触发机器人内部设计的放药结构，实现按需按量的释放药物，当与两栖运动结合，即可实现液体环境下（视频3）和离体猪胃内（视频1）的定向送药。

视频3

（3）通过引入侧面的切痕和前端的开孔，机器人在高速旋转时会在腔体内产生一个负压区域，该原理不但可以在机器人游泳运动时减小运动阻力，还被创造性的用于物体的吸取（视频4），进一步提高了机器人的多功能性。

视频4

团队提出的两栖毫米机器人结构简单，无需任何额外功能单元设计，所有功能均通过磁场控制实现，机器人系统具有多功能并高度集成，未来可作为微型医疗设备实现精准治疗或诊断。

该工作由斯坦福大学软智能材料实验室（Soft Intelligent Materials Laboratory，链接: https://zhaolab.stanford.edu/）完成，博士后迮弃疾，博士生吴帅为论文的共同一作。

论文链接：

https://doi.org/10.1038/s41467-022-30802-w

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