心脑血管阻塞，俗称中风、脑梗、心梗、脑溢血，每年导致成千上万人的死亡和残疾。仅在中国，现有中风患者就高达7000万人，是头号杀手。每年新发中风200万人。相当于每 12 秒，就有一个中国人中风。而麻省理工(MIT)刚发明的一项导线机器人技术，将使用远程机器人进行人脑手术又向前推近了一步。
据2019年8月28日的“科学机器人(Science Robotics)”发表的一篇研究论文，MIT的工程师们刚刚创造了一个神奇的亚毫米级磁导软体线状机器人。
https://robotics.sciencemag.org/content/4/33/eaax7329
该研究成果来自于80后华人科学家赵选贺主导的团队。2003年毕业于天津大学的赵选贺，向千军万马过独木桥的高考制度，演绎了一道后来居上的美丽的逆袭。2009年，赵选贺从哈佛名师国际著名力学家锁志刚教授门下博士毕业，先在杜克大学机械工程与材料科学系担任助理教授，四年后加入麻省理工学院机械工程系担任副教授。
从事该项科研课题的赵选贺研究组的成员包括，第一作者麻省理工学院机械工程系的研究生Yoonho Kim，研究生German A. Parada，和中国访问学生刘圣多（音译）。
这不是赵选贺教授与其团队在材料和机器人领域第一次惊艳世界。三年前，他们在权威学术期刊《自然通信》杂志上发表了防止水凝胶脱水的技术。该成果可望为合成皮肤铺路，甚至为机器人提供具有生物功能的柔软弹性皮肤。
图 | 赵选贺 （来源： 麻省理工学院）
那么赵教授团队这一次的发现有哪些神奇之处？
这是一款可转向的磁控线形机器人，可以在脑血管这样的狭窄空间主动滑行。尤其独特的是，这种血管造影导丝，具有在迂曲血管中的强大的穿行能力。
与之前的同类机器人不同，这个磁控线形机器人呈极细的面条状，它通过在大脑的血管中无碍障滑行，有望实现治疗中风或在去除动脉瘤手术中用于运送防止血凝块的药物。
软体机器人可以为开放式脑外科“手术指”提供替代方案，尤其重要的是，磁控软体机器人可以由手术室外的外科医生控制。理论上讲，外科医生可以从一个与病人完全不同的地方，遥控这个机器人对病人进行脑部手术。
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论文详细描述了这个“磁控水凝胶涂层线形机器人”。
这个线形“机器人”的核心，由既容易弯曲又有弹性的镍钛合金制成。合金外裏涂有内嵌微磁颗粒的橡胶涂层，表层用光滑无摩擦的水凝胶覆盖。这样制成的线形机器人，具有基于磁制动的全方向转动和导航功能。
机器人的身体上均匀分币的铁磁微粒，构成了柔软的聚合物基质的均匀连续体，可以小型化到低于几百微米的直径，并且可以道通过对铁磁编程来控制。而外表的水凝胶将摩擦减少了十几倍。
现在的外科医生通常通过在人的主动脉中插入导线，来清除大脑中的血凝块。外科医生通过X射线对血管成像的荧光镜手动旋转，并将导线引导到受损的脑血管处。然后沿着导线，经过导管输送药物或用其他疗法去除血管凝块。
但是，这种医治方法至少存在两个缺点：
第一个缺点是，让外科医生暴露于荧光镜的反复辐射之中，影响外科医生的健康；
另一个缺点则是，传统制动机制中常见的小型化上的挑战。例如，现有的连续微型“机器人”的直径通常是毫米级，借助于拉动机械线、记忆合金、充气气动或液压、或磁导航进行操作。这些过粗的医用导线，容易对血管壁造成损坏。到目前，线形机器人通常用于心脏和外周血管干预，但在血管更细小、更曲折的神经外科上缺乏突破。
各类心血管疾病
https://robotics.sciencemag.org/content/4/33/eaax7329
相比之下，有了麻省理工的这种能够用磁控制的线形“机器人”，外科医生可以在手术室外指挥它工作。不但可以防止对医护人员重复的辐射暴露，外科医生还可以在千里之外通过操纵杆进行人脑手术。
线形机器人外表涂的水凝胶，也将极大降低对血管壁可能的损伤。该装置将有益于帮助外科手术进一步进入大脑。
“手术中的挑战之一就是，如何在大脑的复杂血管系统中导航和定位。这些血管的直径非常小，小到目前的商用医学导管无法通过，”首尔国立大学机械工程系教授Kyujin Cho说。“（赵选贺团队的）这项研究已显示出克服这一挑战的潜力，使无需开颅的脑外科手术成为可能。”
目前线形机器人还没有进入临床使用阶段，但是麻省理工的赵选贺研究团队己通过引导线穿过小孔（类似于穿针）的实验，证明了它的灵活性。
他们还以一个有血凝块和动脉瘤的患者的CT扫描图为模板，制造了一个具有真实人脑大小和主要血管网的仿真大脑，并且成功引导了线形机器人穿过那些蜿蜒狭窄的颅内血管路径。
麻省理工的工程师们希望不久的将来，这款磁控软体线形机器人可以用于临床，在人体内运送防止凝块的药物。或者通过这种机器人的磁性来操控激光，治疗血管阻塞。
鉴于其紧凑独立的驱动和直观操作，麻省理工的铁磁软体线形机器人可以为先前难以接近的病变开辟微创机器人手术的途径，从而解决医疗保健中的挑战和实现之前难以完成的需求。
恰如赵选贺在回答记者的采访中提到的，这一研究有望造福许多患者和家庭，尤其是缺乏优秀医生的边远、穷困地区。他说：
“中风是全球导致死亡的五大原因之一，尤其是中国目前人口死亡的头号诱因，在美国也是致残的主要原因。而中风如果得到及时救治是可能逆转的，尤其如果在前90分钟左右治疗，患者的生存率可能会显着增加。如果我们能够在这个‘黄金时段’设计一种能够逆转血管阻塞的装置，我们就可以避免永久性脑损伤。这是我们的希望。然而微创手术非常考验医生的操作水平，能熟练操作手术的医生数量远远少于病患所需。在偏远城市或农村地区，这种现象尤为突出。我们觉得远程控制微创手术机器人，是一个有影响力的方向。”
这是又一个跨学科国际合作，移民造福人类的例子。在有旅美华人留学生、学者、教授、工程师等等高科技人才被“间谍”指控的阴影笼罩的当下大环境中，赵选贺领衔的团队，无疑再次向全球展示了华裔科学家们的聪明才智、对美国以及世界尖端前沿科学的卓越贡献，和对人类健康及生活质量的开创性突破。
也难怪几个月前，受益于全世界顶级人才池的MIT，其校长要向全球校友们满怀深情地发出一封“移民是氧气”的信（点击前文），并直接干脆且坚定不移地为华裔站台。
参考文献：
https://robotics.sciencemag.org/content/4/33/eaax7329
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