IF：51.4！加州理工学院高伟教授团队Chem. Rev.综述：可穿戴和植入式软体机器人

文摘 2024-10-21 15:00 吉林

过去几十年来，机器人技术取得了长足发展，人机交互的安全性问题也日益凸显。软体机器人采用柔韧性和柔顺性与皮肤或肌肉组织相似的材料，可以通过变形吸收碰撞产生的大部分能量，尤其适用于可穿戴和植入式应用。对于这类应用，器件的规模和侵入性往往是设计的关键。一般而言，较小的规模可以带来更好的便携性，但会增加设计、制造、控制的复杂性，并受到电源限制。较低的侵入性可以提高舒适度并降低手术的复杂性和风险，但对器件的尺寸及其材料的生物相容性提出了更高的要求。因此，开发更先进的可穿戴和植入式软体机器人在很大程度上依赖于设计、制造、控制、电源和材料等方面的创新。

为全面展示可穿戴和植入式软体机器人的最新发展，近期加州理工学院高伟教授课题组在美国化学学会（ACS）旗下的《Chemical Reviews》期刊上发表了题为《可穿戴和植入式软体机器人》（Wearable and Implantable Soft Robots）的综述论文，聚焦于康复、辅助、器官模拟、手术工具和治疗等领域的应用。该综述不仅讨论了复杂制造工艺、响应性材料的集成以及对稳健控制策略的需求等挑战，还重点介绍了材料、驱动与感知机制以及制造技术的最新进展。最后，文章展望了软体机器人在医疗健康领域的未来发展，分析了其面临的关键挑战，并提出了潜在的解决方案。

图1 比较了不同类型的可穿戴和植入式软体机器人在规模和侵入性方面的差异

执行器是软体机器人中的关键组件。本文介绍了各种驱动机制、有前景的材料和先进的制造技术，探讨了各自的运行原理、优势和局限性，并展示了软体机器人在可穿戴和植入式应用中的潜力。

图2 按材料类型分类的软体机器人驱动机制

本文探讨了几种最常用的软体机器人感知方法，如外部传感和本体传感、温度传感、生物化学传感、电生理传感和多模态传感。

图3 软体机器人的外部传感和本体传感

本文还探讨了康复和辅助软体机器人，包括可穿戴软体机器人、软体机器人辅助治疗、软假肢和软人机界面等多个类别。

图4 上身可穿戴软体机器人

本文介绍了用于器官模拟和手术的软体机器人，包括人造器官、多功能导管、生物电子等。

图5 用于人造器官的软体机器人

本文还介绍了用于治疗的软体机器人，包括刺激驱动、导管辅助等种类。

图6 外部刺激驱动的无线植入式软体机器人

得益于驱动机制、材料科学和制造技术的持续创新，可穿戴和植入式软体机器人正迅速发展。未来的软体机器人将通过新型驱动器、生物兼容材料和先进制造技术，增强多功能性和智能性，能够自主运行、适应复杂环境并执行复杂任务。实现这些潜力需克服重大挑战，跨学科合作至关重要。

该综述的第一作者为加州理工学院博士生银树焜和Dickson Richard Yao，通讯作者为加州理工学院医学工程系教授高伟。

课题组网址：
https://www.gao.caltech.edu/

原文链接：

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.chemrev.4c00513

来源：高分子科学前沿，感谢作者团队的大力支持。

http://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzI4ODE4NDAwNw==&mid=2655158461&idx=1&sn=abe6ece9999b3b23f5ef9dcc68bd8aea

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