我們的創科故事6/科幻電影啟發靈感 軟體機械人走進體內治療

　　圖：中大機械與自動化工程學系教授張立率領團隊，研發用於微創腔內介入治療的磁性“史萊姆”機械人，早前於日內瓦國際發明展奪得金獎。/大公報記者林良堅攝

　　“史萊姆”一詞來自英文“slime”，是一種在電子遊戲與奇幻小說中時常出現的虛構生物，其流行形象是一種凝膠狀、可以變換形狀、能夠分裂或融合的黏狀物質。“我們這個機械人的名字就是從中獲得靈感”，香港中文大學機械與自動化工程學系張立博士介紹說。

　　張立團隊研發的用於微創腔內介入治療的磁性“史萊姆”機械人，在第48屆瑞士日內瓦國際發明展獲得金獎。張立對《大公報》表示，這種變形機械人具有自癒合能力和良好的環境適應性，在體內能執行高難度的醫療任務，例如幫助誤吞東西的小孩把異物排出體外。“我們正在完善技術，拓展該機械人應用范圍，例如在工業上可代替工人在高風險環境下維修電路板等等。”/大公報記者 蘇薇

　　這款機械人的靈感源於八爪魚和科幻電影《毒魔》、《終結者》（港譯《未來戰士》）中的液態機械人。據張立博士介紹，磁性“史萊姆”機械人的材料其實很簡單，主要以水凝膠和磁性顆粒“釹鐵硼”制成，結合瞭固體和流體兩種形式的優勢，可以整合不同功能性的微納米材料。

　　在磁力控制系統，如磁性機械臂、電磁線圈等的操控下，該機械人不僅可以輕松穿越狹小的通道或是障礙物，在外加磁場的作用下還能實現任意的變形、移動及抓住和包裹物件。“它能猶如八爪魚般抓住目標物件，再將物件送到目標位置。”

　　可“執走”兒童誤吞異物

　　張博士表示，兒童誤吞電池、硬幣等異物的事故經常發生，如遇尖銳異物或電池內的電解液洩漏，隨時危及生命。張立團隊和中大醫學院合作，希望利用該技術，讓病人可以如吞藥丸般將“史萊姆”機械人吞進肚內，醫生再利用帶有磁性的機械臂遙控機械人，遇到體內的外物時會伸出“觸手”，把其包裹並慢慢排出體外，減輕病童因進行內窺鏡或開腹手術而承受的痛苦及風險。他強調，團隊的細胞毒性測試證實，機械人可在體內停留48小時，目前對人體相對無害。

　　配合機械臂遙距操控

　　然而，想要把“史萊姆”機械人真正運用到醫療上，還需要經過不少挑戰。張立博士解釋，與展示用的胃部模型不同，人的消化道實際上是會蠕動的，且胃部、腸道內更含有不同種類的消化液，這些都會影響到“史萊姆”機械人的穩定性。

　　另外，要應用於人體內，高度精準的實時操控亦十分重要。首先磁鐵在體外操控，可能因為距離過遠影響磁性“史萊姆”機械人的響應能力。“要讓機械人實現‘包裹’這樣復雜的動作還需要有豐富的經驗，人手操控磁場很難做到高精準度，必須配合一個智能的機械臂控制系統來完成。不僅可以自動操作，當遇到問題時醫生亦可以切換為手動模式，還要能夠配合醫院的影像設備，如X光、超聲波等等來進行。”張博士說。

　　張立博士透露，團隊與醫學院的相關合作現正進行到第一代“史萊姆”機械人的動物實驗環節，並在總結經驗後，繼續研發第二代“史萊姆”機械人時，希望能在材料選擇和其磁力控制系統上有新的突破，做出穩定性更強的“史萊姆”機械人，“希望它最終能成為醫生的第三隻機械手，輔助完成一些高難度的醫療操作。”

　　助微創及無創治療

　　軟體機械人一直是機械人技術的一個研究熱點。張立博士憶述，2012年自己加入香港中文大學後，便帶領一眾博士生探索微型機械人學及其生物醫學應用。“人體內許多器官都很復雜，很難直接通過內窺鏡或者是通過導管技術達到。舉例說，如果你的胃覺得不舒服，醫生可能會安排照胃鏡，但是胃鏡的直徑非常粗，整個過程會讓人很不舒服。”

　　他一直在探索如何設計出無纜化、微型化設計的微型機械人，“正是因為有瞭前面十馀年經驗的積累，所以這次能比較順利地研發出這款機械人，希望能真正在醫療上進行微創或者無創的應用。”