用于内镜手术的更小、更聪明、更柔软的机械手臂
软式内窥镜可以通过狭窄的通道来治疗身体难以到达的部位。然而，一旦它们到达目标，这些设备依靠硬手术工具来操纵或移除组织。这些工具提供外科医生减少灵巧和传感，限制当前的治疗能力的内窥镜。
现在，来自哈佛John A.保尔森工程学院的研究人员和应用科学和哈佛大学生物启发工程Wyss研究所已开发出一种混合的刚柔机械臂集成传感、内窥镜的灵活性，和多自由度。这种手臂是用基于弹出式制造和软光刻的制造模式构建的，它平放在内窥镜上，直到它到达所需的部位，然后突然出现，以协助外科手术。SMT贴片加工
多关节机械臂软弹出。系统的概念（左）：在胃肠道内导航的内窥镜和安装在内窥镜顶端的手臂的细节。软弹出臂（右）在猪胃的体外试验中进行组织反牵引（图片由哈佛大学提供）
软机器人是非常有前途的外科应用，因为他们可以匹配身体的刚度，这意味着他们不会偶然穿刺或撕裂组织。然而，在小尺度下，软材料不能产生足够的力量来完成外科手术。
“在毫米级，软设备变得如此柔软，不会损伤组织也不能以任何有意义的方式进行组织，”Tommaso Ranzani说，在海洋博士后论文Wyss研究所和合著者。 ；“限制软微系统的应用进行治疗。问题是，我们怎样才能开发出能够在不影响安全的情况下产生必要力量的软机器人。
在生物学的启发下，研究小组开发了一种混合模型，该模型使用由软材料包围的刚性骨架。制造方法借鉴了以前的折纸灵感，弹出式制作，由Robert Wood，查尔斯河工程和应用科学教授开发。
木合著的纸是Wyss研究所的核心成员。 ；
以前的弹出式制造技术-如那些用于与robobees -依靠驱动方法需要高电压或温度操作，东西不会在手术工具直接操纵的生物组织和器官是安全的。
因此，团队将软执行器集成到弹出系统中。
“我们发现，通过整合软流控微致动器为刚性的弹出式结构，我们可以创建软弹出机制，在增加输出力的执行机构的性能和运动的可预测性和可控性，”Sheila Russo说，在海洋和怀斯博士后研究员、该论文的第一作者。“这项技术背后的理念基本上是通过将软机器人技术与折纸灵感的刚性结构相结合来获得两全其美。”。使用这种制造方法，我们能够设计出一种装置，当内窥镜引导到外科区域时，它可以平躺，当外科医生到达他们想要操作的区域时，他们就可以部署一个能够安全有效地与组织相互作用的软系统。”
软驱动器是由水。它们与不可逆化学键的刚性元件连接，无需任何粘合剂。研究小组演示了简单的电容感应的集成，它可以用来测量施加在组织上的力，并使外科医生了解手臂的位置和移动方式。制造方法允许批量制造，这对医疗设备很重要，并且允许增加更多的传感或驱动的复杂性水平。此外，所有使用的材料是生物相容的。 ；
手臂还配备了吸盘-灵感来自章鱼触手-安全地与组织互动。研究小组对这种装置进行了体外试验，模拟了一种复杂的猪组织内窥镜手术。ARM成功地操纵组织安全。
柔软的弹出式手臂在猪胃的体外试验中进行组织反牵引（图片来源于哈佛大学）
Wood说：“能够无缝地将温和而有效的驱动集成到毫米级可展开的机构中，这自然适用于许多外科手术。”。“我们关注的是一些更具挑战性的内窥镜技术，其中工具的灵巧性和传感器的反馈是非常昂贵的，可能会导致成功与失败之间的差别。”
研究人员证明，这种装置可以缩小到1毫米，这样就可以用于更严格的内窥镜手术，例如在肺部或大脑中。
接下来，研究人员希望在体内的装置测试。
Russo说：“我们的技术为设计和开发更小、更智能、更柔软的生物医学应用机器人铺平了道路。”。
哈佛大学技术开发办公室已对这项技术申请专利，并积极寻求商业化机会。
论文合著者Conor Walsh，工程和应用科学的副教授John L. Loeb和威斯研究所核心成员。
该研究是由美国国防高级研究计划局的“原子产品”计划和威斯生物工程研究院的支持。