胶囊机器人：在肠道内“来去自由”

体内介入诊疗与手术具有安全、可靠等特征，并能显著降低医疗费用与康复时间。近年来，可通过口服并能实现胃肠道内主动驱动的胶囊机器人，迅速成为医学工程研究领域的主流。

“人体肠道具有非结构化等特征，研究的最大技术瓶颈，是如何实现胶囊机器人在体内弯曲环境内驱动行走，这也是实用化的关键。”大连理工大学机械工程学院现代制造技术研究所教授张永顺说。

张永顺所说的非结构化，就是形容肠道内“七拐八拐”的学术名词，要让携带药物的胶囊机器人能在这种复杂环境中“来去自由”，并不容易，这也是张永顺研究的初衷所在。

而在此之前，意大利比萨大学Federico Carpi等人采用大型磁铁旋转产生均匀旋转磁场，实现胶囊机器人姿态调整，但不能实现磁场旋转方向的改变。

为达预期目的，张永顺和科研小组提出了胶囊机器人临界间隙和启动转速的概念，进而提出了同一磁场下对多个胶囊机器人实施驱动控制的方法，并解决了多胶囊机器人的螺旋参量的优化设计问题。

不久前，他们终于突破了空间万向旋转磁场这一关键技术，实现了胶囊机器人在弯曲环境内的驱动。通过数字化控制可方便地改变旋转磁场的旋转轴方向，旋转磁场的转速、旋向方便可调。

专家认为，该技术与显影技术相结合可望实现临床应用。“这个方法实现了多机器人群组操作与控制，为同一体内驱动环境下，对多胶囊机器人分别实施摄像、取样、诊断、喷药等多任务奠定了基础。”张永顺说，攻克了转弯这个难关，使我国胶囊机器人这一领域的研究又前进了一大步，为临床应用奠定了坚实的基础。

根据近年来国际上的研究热点，胶囊机器人有望突破现有医疗技术的局限性，在诊疗、施药、外科手术等方面将起到重要作用，使胃肠道某些无法触及盲区内的疾病诊疗成为可能。未来，胶囊机器人或将使医学工程领域产生重大变革。

目前，张永顺和科研小组正在进行胶囊机器人多楔形效应驱动原理的研究，并再次得到了国家自然科学基金的资助。他们的目的是，优化最大限度产生多楔形效应的机器人结构，提高大间隙情形下的驱动能力。此外，“还要解决胶囊机器人在弯曲肠道内的定位与驱动问题，才能使临床应用成为可能”。

“我们的最终目标是建构体内窥视、诊疗为一体的医疗微型机器人系统。通过体外无缆驱动控制与姿态调整，安全地实施窥视、诊断、施药、取样等介入医疗作业。”张永顺说，一旦研制成功并应用于临床，能减轻患者痛苦，缩短康复时间，降低医疗费用。

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