"蛇形机器人"COBRA有望成为英国第1个喉癌手术机器人

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由诺丁汉大学开发的连续体蛇形机器人COBRA“眼镜蛇”已在航空发动机检查和维修以及核电站安装和维护中得到了展示，且离商业化仅一步之遥。

位于罗罗大学技术中心(Rolls-Royce University Technology Centre, UTC)制造和机翼技术的研究人员已获得来自EPSRC-Impact Accelerator的资金，用于将COBRA改造成为英国第一个专门用于喉癌和损伤手术的机器人。此类手术目前使用内窥镜工具进行，COBRA可以为手术团队提供更多的灵巧性、准确性和高清视图。

注：此处Rolls-Royce（罗罗）为英国航空发动机制造商，而非豪车劳斯莱斯。

图源：University of Nottingham

COBRA的工业应用

COBRA机器人长5米，直径约9毫米（普通铅笔的粗细），通过远程操作，可以在安全性要求极高的机器部件的狭窄空间内穿行和急弯绕行。在这些机器部件中，狭小和不适合人类进入的位置使得在不完全拆解的情况下，是无法进行检查或维修的。

图源：Rolls-Royce - 单手操作COBRA检查发动机

图源：Rolls-Royce - COBRA检查发动机

沿着机器蛇的“脊柱”布置了一系列肌腱——一种柔顺的关节结构和多个连续部分，使其能够弯曲大约90°，因此具有非凡的灵活性和响应能力。当通过远程命令拉动这些肌腱时，就会驱动弯曲运动——模仿人类操作员在使用维修工具时手的运动范围。蛇形臂的内部是中空的，可以有不同的宽度，安装不同的工具或器械。

远程操作意味着位于数千英里外的维护工程师可以通过计算机屏幕引导COBRA在发动机内部或狭窄管道网络（例如核电站）中的复杂组件中导航，有些直径仅与1英镑硬币相同。

图源：Rolls-Royce - COBRA在发动机燃烧室修复涂层

为了进行复杂的工业维修，COBRA目前配备了立体视觉相机和连接到蛇“头部”的微型切割工具（末端执行器）；根据所需的任务，可以更换其他需要修复或监控的设备。

COBRA在医疗领域的早期测试

UTC主任Dragos Axinte教授说：“我们已经开始早期测试，看看机器人是否可以导航并有足够的运动能力来执行外科手术。对于医疗应用，需要对探头的设计和控制方法进行大量安全调整，以使其适用于人体内部检查。该机器人具有广泛的应用潜力，医学是我们研究的一个令人兴奋的方向。”

图源：University of Nottingham

NHS信托莱斯特大学医院的耳鼻喉顾问和机器人外科医生Oladejo Olaleye博士已经对COBRA的医疗用途进行了初步研究。

在一个假人身上对COBRA进行了测试，通过口腔进入喉咙后部难以触及的部位——目前如果没有高度侵入性的手术，这些部位是无法进入的。安装在机器人上的高清摄像头提供了喉咙的“绝佳视野”，并显示在操作屏幕上。

COBRA机器人易于操作，经过五分钟的培训后Olaleye博士在UTC实验室进行了演示。使用手持驱动器让机器人在喉咙中绕弯并锁定多个位置，从而实现外科医生所需的最佳手术视野。

图源：University of Nottingham

Olaleye博士认为，COBRA 是“工程和医学手术之间的接口”和“诊断内窥镜检查和治疗手术的未来”，为诊断和治疗喉咙、胸部或肠道疾病提供了一种可行的微创选择。

现有的少数用于外科手术的机器人是巨大的机器，并不是专门为在人体内部小的腔体中导航制造的。相比之下，COBRA非常紧凑和便携，在胸腔、胃和肠道手术以及喉咙手术中发挥了潜力，适用于不同的手术环境。

Olaleye博士在一份声明中说：“COBRA的优势包括灵活的结构、弯曲和保持位置的能力、高清视图、易于适应和便携性。获得对喉咙和喉癌的清晰视野，有望转化为以更少的疼痛完全清除肿瘤，更快地恢复，提高患者的生存率和更好的康复结果。”

COBRA的下一步是在进行临床试验之前进行一系列验证研究，从而将机器人的设计转化为医疗实践。