Роботы играют важную роль в медицине и хирургии, помогая врачам выполнять сложные процедуры, где требуется высокий уровень точности. Ученые из Гарвардского университета разработали новую машину, конструкция и размеры которой похожи на оригами — небольшие декоративные фигурки из бумаги. Робот предназначен для решения задач в микроскопическом масштабе.
Команда, при содействии инженера-робототехника Хироюки Сузуки из Sony Corporation, сделала роботизированный манипулятор в форме параллелограмма, который служит основной конструкции. К платформе прикреплены три линейных привода, что позволяют роботу вращаться, перемещаться вверх и вниз, и выдвигать и втягивать прикрепленный инструмент.
Машина собрана с использованием передовой производственной технологии, в которой материалы накладываются друг на друга и вырезаются лазером для создания трехмерной модели. Этот метод упрощает массовое производство небольших сложных конструкций, которые в противном случае пришлось бы кропотливо собирать вручную.
Крошечные линейные приводы состоят из пьезокерамики. Материал деформируется, создавая движение в ответ на электрическое поле, а оптические датчики обеспечивают движение частей по заданной схеме. Ученые отмечают, что размер робота не превышает размеров теннисного мяча, а весит он как один пенни.
В результате робот получился намного меньше, чем современные медицинские машины, которые могут занимать целую комнату и часто ограничены работой со сравнительно большими инструментами.
В одном эксперименте разработчики запрограммировали робота выполнить имитацию дистанционной операции. Робот имитировал движение человеческой руки с инструментом, похожим на ручку. Один из исследователей взглянул в микроскоп и нарисовал крошечный квадрат, который был меньше, чем кончик шариковой ручки. Затем он повторил задачу, используя робота, чтобы обвести квадрат. Машина показала точность в 68%.
В другом эксперименте робот воспроизвел настоящую хирургическую операцию по введению иглы в организм. Для имитации вен в задней части глазного яблока использовалась силиконовая трубка, примерно того же размера. Настоящие крошечные вены примерно в два раза превышают толщину человеческого волоса. Робот смог аккуратно проткнуть трубку с помощью прикрепленной иглы, избежав дополнительных повреждений.
Также преимуществом маленького робота является простота установки. Врачи могут поднимать и перемещать его вручную. Команда надеется еще больше улучшить конструкцию, сделав ее более мощной и точной за счет увеличения силы и количества приводов.
Видео ниже показывает робота в действии.
Результаты исследования были опубликованы в журнале Nature Machine Intelligence.