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  微型機器人實現(xiàn)定向定量送藥可以最大程度的保證藥物到達病灶處，同時減少藥物對身體其他健康部分的損害，未來有望改善癌癥等疾病的治療效果，是醫(yī)工交叉領(lǐng)域的研究熱點。目前常用方法是在機器人上設計額外的放藥機制，采用不同的驅(qū)動方式分別控制機器人運動和放藥，增加了控制系統(tǒng)的復雜度，同時用于放藥的結(jié)構(gòu)可能還對機器人的運動產(chǎn)生影響。除此之外，面對復雜的人體環(huán)境，例如腸胃、泌尿系統(tǒng)等器官壁與體液混合的空間，機器人的環(huán)境適應性問題也是一大挑戰(zhàn)，目前還沒有送藥機器人能展示兩棲環(huán)境下的運動能力。

  近日， 斯坦福大學趙芮可教授團隊以 “Spinning-enabled Wireless Amphibious Origami Millirobot” 為題在《Nature Communications》上報道了一種可以同時實現(xiàn)水路兩棲多模態(tài)運動和可控藥物釋放的微型機器人。

  該機器人基于磁驅(qū)動Kresling折紙結(jié)構(gòu)，研究團隊近年來針對該結(jié)構(gòu)進行了一系列研究，通過利用折紙的變形特性探索了其磁驅(qū)動和分布式驅(qū)動的原理（PNAS, 2020, 39, 24096-24101），開發(fā)出可實現(xiàn)多模態(tài)變形的仿生機械臂（PNAS, 2021, 36, e2110023118）以及狹窄空間內(nèi)送藥的類蠕蟲爬行機器人（Sci. Adv., 2022, 13, eabm7834）。

  在最新研究中，團隊打破了折紙機器人領(lǐng)域利用變形實現(xiàn)運動的傳統(tǒng)和思維定式，充分探索并利用了折紙結(jié)構(gòu)的幾何特征和可折疊特性，開發(fā)出了一款結(jié)構(gòu)簡單、功能集成、環(huán)境適應性強的微型兩棲送藥機器人。

  該工作創(chuàng)新點主要為以下三點：

  （1）Kresling折紙外形具有類似螺旋槳的結(jié)構(gòu)，在旋轉(zhuǎn)磁場驅(qū)動下，機器人在水中高速旋轉(zhuǎn)時，產(chǎn)生沿軸向的推進力，并可通過改變旋轉(zhuǎn)磁場所在平面靈活控制機器人在三維水域內(nèi)的運動。

  （2）Kresling折紙結(jié)構(gòu)的耦合位移-收縮特性被用作實現(xiàn)可控放藥的泵送原理，當施加固定方向的周期性磁場時，機器人將循環(huán)收縮展開用以觸發(fā)機器人內(nèi)部設計的放藥結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)按需按量的釋放藥物，當與兩棲運動結(jié)合，即可實現(xiàn)液體環(huán)境下和離體豬胃內(nèi)的定向送藥。

  （3）通過引入側(cè)面的切痕和前端的開孔，機器人在高速旋轉(zhuǎn)時會在腔體內(nèi)產(chǎn)生一個負壓區(qū)域，該原理不但可以在機器人游泳運動時減小運動阻力，還被創(chuàng)造性的用于物體的吸取，進一步提高了機器人的多功能性。

  團隊提出的兩棲毫米機器人結(jié)構(gòu)簡單，無需任何額外功能單元設計，所有功能均通過磁場控制實現(xiàn)，機器人系統(tǒng)具有多功能并高度集成，未來可作為微型醫(yī)療設備實現(xiàn)精準治療或診斷。