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現在，遠程手術機器人在手術室中的應用變得司空見慣，但由于許多機器人體積很大（有時會占據整個房間），并且難以操縱，這些機器人的使用范圍變得非常小。哈佛大學懷斯研究所與索尼公司合作創建了迷你型手術機器人RCM，這是一種外科手術機器人，它只有一個網球大小，在精密的外科手術中，其性能要明顯優于雙手。

在過去的半個世紀中，微創腹腔鏡手術一般都是外科醫生使用工具，在小切口中插入了微型攝像頭來進行手術，這使得手術過程對于患者和醫生而言都更加安全。近來，外科手術機器人開始出現在手術室中，外科醫生必須擁有比傳統技術更大的精確度，靈活性和控制力來操縱多個工具，從而進一步為外科醫生提供幫助。但是，這些機器人系統非常龐大，通常占用整個房間，其大小可能比病灶的脆弱組織的結構大得多。

索尼公司的機器人工程師鈴木弘之（Hiroyuki Suzuki）通過創建一種新的，受折紙啟發的微型遠程運動中心操縱器（“ mini-RCM”），將外科手術機器人技術推向了微尺度。如最近一期的《自然機器智能》（Nature Machine Intelligenc e）中所述，該機器人只有網球大小，重達一便士，并且成功地完成了一項艱巨的模擬外科手術。

“伍德實驗室在制造微型機器人方面的獨特技術能力在過去幾年中帶來了許多令人印象深刻的發明，我堅信它也有可能在醫療機械手領域取得突破，”鈴木說，他是哈佛與索尼合作的一部分，他于2018年開始與伍德合作開發小型RCM。“這個項目取得了巨大的成功。”

微型機器人

為了創建微型手術機器人，Suzuki和Wood采用了伍德實驗室開發的Pop-Up MEMS制造技術，該技術將材料彼此疊層沉積在一起，然后以特定的圖案進行激光切割，允許所需的三維形狀“彈出”，就像在兒童彈出式圖畫書中一樣。這項技術大大簡化了小而復雜的結構的批量生產，否則這些結構必須手工精心制作。

該團隊創建了平行四邊形作為機器人的主要結構，然后制造了三個線性致動器（mini-LAs）來控制機器人的運動：一個平行于平行四邊形底部的升降器，一個垂直于該平行四邊形的底部進行升降。平行四邊形旋轉它，并在平行四邊形的尖端延伸或縮回使用中的工具。其結果是，該機器人比以前在學術界出現的其他顯微外科手術設備更小，更輕。

mini-LA本身就是微型奇跡，圍繞著壓電陶瓷材料構建，當施加電場時，壓電陶瓷材料會改變形狀。形狀的變化將mini-LA的“行進器單元”像火車上的火車一樣沿著其“軌道單元”推動，并利用線性運動來移動機器人。由于壓電材料在改變形狀時會固有地變形，因此該團隊還將基于LED的光學傳感器集成到mini-LA中，以檢測和糾正與所需運動的任何偏差，例如由手震引起的偏差。

比外科醫生的手更堅固

為了模擬遙控手術的情況，研究小組將mini-RCM連接到Phantom Omni設備，該設備讓用戶通過手動控制筆形工具的運動來操縱mini-RCM。他們的第一個測試評估了人類追蹤顯微鏡的能力，該方塊比圓珠筆的筆尖還要小，可以通過顯微鏡觀察，或者手動追蹤，或者使用mini-RCM追蹤。mini-RCM測試極大地提高了用戶準確性，與手動操作相比，錯誤率減少了68％-考慮到修復人體細小和細微結構所需的精度，這一點特別重要。

鑒于微型RCM在示蹤測試中的成功，研究人員隨后創建了一個模擬程序，稱為視網膜靜脈插管手術，在該模擬手術中，外科醫生必須小心地將針頭插入眼睛，以將治療劑注入到眼球后方的細小靜脈中。他們制造了與視網膜靜脈大小相同的硅膠管（大約是人類頭發粗細的兩倍），并成功地用連接在mini-RCM末端的針刺穿了硅膠管，而不會造成局部損傷或破壞。

mini-RCM的體積小巧，除了具有執行精細手術操作的功效外，還具有另一個重要優勢：易于安裝和取出，并且在發生并發癥或停電時，可以很容易地將機器人從病人的身體里取出。

“彈出式MEMS方法在許多需要小型但復雜的機器的領域中被證明是一種有價值的方法，并且令人覺得高興的是，它對提高手術的安全性和效率方面非常有用，甚至使手術變得更加圓滿。伍德說，他也是哈佛大學約翰·保爾森工程與應用科學學院（SEAS）的查爾斯河工程與應用科學教授。

研究人員旨在增加機器人執行器的力，以覆蓋操作過程中遇到的最大力，并提高其定位精度。他們還在研究在加工過程中使用脈沖較短的激光，以提高mini-LA的傳感分辨率。

“伍德實驗室和索尼之間的這種獨特合作說明了將現實世界中的行業重點與學術創新精神相結合所能帶來的好處，我們期待著這項工作對近期的外科手術機器人產生更大的影響。 Wyss研究所創始董事Don Ingber博士說（他也是哈佛醫學院和波士頓兒童醫院的Judah Folkman血管生物學教授，以及SEAS生物工程學教授）。