首个手术用半导体微型机器人诞生!一块4英寸晶圆可生产超100万个机器人

2020
08/27

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Winnie Lee / 前瞻网
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在过去的数十年内,许多手术已经进展到了微创水平,这使得手术对病人和医生都更加安全。

近日,科学家们取得了一项突破,他们成功地发明了微型医疗机器人,可以由人们按照自己的要求控制、操纵,并很快可以用于治疗难以触及的人体内部区域的显微外科手术。

在过去的数十年内,许多手术已经进展到了微创水平,这使得手术对病人和医生都更加安全。目前,已经有一些手术机器人进入应用,然而,这些机器人系统往往体积非常大,通常会占据整个房间,而且出于体积限制,难以操作细微的精细组织和结构。

来自宾夕法尼亚州立大学(PennsylvaniaStateUniversity)和康奈尔大学的科学家的这项最新发明,着重于在医学中的大规模生产和应用。8月26日星期三,研究人员在《自然》杂志上发表了这项突破性的研究成果,题为《电子集成、大规模制造的微型机器人》。

与其余微型机器人不同的是,这是第一个由半导体元件制成的微型机器人。这意味着它们可以使用标准的电子信号行走。大多数微型机器人使用热、光学和声学驱动器执行,与设计的硅制造不兼容。

因此,科学家们促成了一项新的电压调节电化学执行器的发明,这种致动器可以在低电压(200微伏)、低功率(10毫微瓦)下工作,并且完全兼容硅处理。作者写道,该技术被称为表面电化学致动器或SEA。

SEA可以执行并将能量转化为机器人的运动。这种设计使得微型机器人能够保持持续的力、鲁棒性和较小的曲率半径。

每个机器人都有四条由微型驱动器组成的腿,驱动器与设备底盘上的太阳能电池片相连。当激光束照射在这些片上时,机器人的腿就会弯曲以使其行走。这些机器人也非常小:大约5微米厚(0.005厘米),40微米宽,40到70微米长。

为了展示它们的潜力,研究人员开发了平版制造和投料指南,以制造原型100微米以下的行走机器人。这一过程的每一步都是并行执行的,使得他们每4英寸的晶圆片可以生产超过100万个机器人。

“控制一个微型机器人的感觉可能是你尽可能缩小自己,”该研究的主要作者马克·米斯金(MarcMiskin)说,他曾是康奈尔大学的博士后研究员。“我认为,像这样的机器将带我们进入各种各样小得看不见的神奇世界。”这些机器人足够小,可以通过一根针将它们成群地注射到人体内。然后,他们可以在途中穿过组织和血液,缝合血管或探测人体静脉。

就目前而言,他们仍然需要受到外界的控制。但有朝一日,它们可能会配备人工“大脑”和电池,让它们能够自主行走。这项研究结果对于大规模制造、硅基、功能机器人来说是一个重要的进步,因为它们太小了,无法用肉眼分辨。

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关键词:
机器人,研究,制造,行走,发明

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