这个全软体的机器人叫“Octobot”,是哈佛研究人员设计研发的世界首款完全独立的,能够自主移动的全软体机器人。
Octobot独立运动能力来自化学反应
Octobot是独立的,因为它没有硬电子元件,也没有电池或计算机芯片。况且这个手掌大小,像章鱼一样的家伙根本不需要连接计算机就能移动。
软体机器人可以仅用空气来驱动,有的软体机器人是采用纸质和硅橡胶制成,能够弯曲、扭转和抓起自身重量100多倍的物体。Octobot靠的是液体和气体,通过化学反应产生的大量气体聚集压缩,借助压强变化,实现机械臂的运动。
Octobot的“大脑”部分是柔性微流体回路,可以用由压强激活的阀门和开关,在通道内传导液体燃料。这种液体燃料是50%浓度的过氧化氢溶液,它会在铂的催化下快速生成大量的水和氧气,生成物的体积比原本的反应物大,从而改变通道内的压强。章鱼机器人的机械臂受到突然增大的压强影响,会膨胀舒展,从而实现机械臂的运动。排气孔同时保证氧气最终会通过排气孔排出。
50%质量比的过氧化氢在铂金属粉末的催化下迅速释放氧气
Octobot可以连续性的自主运动
如何保证软体机器人Octobot不是只做一次性的运动呢?
研究团队的设计是把机器人的八只机械臂分为两批(四只机械臂为一批),机械臂中设置了阀门和开关。启动Octobot需要实验者的协助,将过氧化氢分别注入到两个储液槽中,这两个储液槽分别对应一批机械臂。注入后,储液槽会像气球一样会慢慢膨胀,并利用压强差将过氧化氢通过微流体回路。这时,由于压强的变化,有些机械臂的控制点会打开,剩余的会关闭,以此确保同一时间只有一半机械臂流通燃料。随着燃料的消耗,所流通的机械臂内部压强会下降,使得燃料转而流向另半部分原本关闭通道的机械臂。如此往复,通过精巧的阀门开关设计,利用不断变化的压强差,燃料进行来回流通,Octobot能保持机械臂在一段时间内的自主运动。
通过Octobot的工作机制可以看到,它内部的通道扮演着重要的角色,是它的“大脑”和机械臂进行“通信”的渠道。这些通道都由3D打印而成,打印过程也很有趣。研究者们在章鱼形状的模具中倒入了有机硅聚合物,又在聚合物中注入一种特殊的墨水,这种墨水可以在聚合物中保持形状和位置。加热后,墨水会蒸发,留下了Octobot内部的通道网络。制造Octobot的材料成本也很低,只需不到3美元,每份燃料大约仅5美分,这让大规模应用免去对高成本的顾虑。
Octobot可以植入体内帮助泵血
近日,哈佛大学研究小组联合波士顿儿童医院以及其他参与机构发布了可植入软体机器人的相关细节,据说这款机器人可以为衰竭的心脏在无需接触血液的情况下泵血。
传统而言,我们会将心室辅助装置(VAD)作为衰竭心脏的血液分流支路。该装置会将血液从心脏中直接引出,然后将之泵回分布在身体周围的主动脉或肺动脉。由于VAD内的血液会与管、泵等一些人体器官表面接触从而增加凝血风险,那些基于VAD治疗的患者往往必须服用血液稀释剂与一些需要仔细查看的药物——余生都是如此。
Octobot的诞生还是源于波士顿儿童医院的一名心脏外科医生FrankPigula的想法——研究辅助心衰患者治疗而无需接触血液装置。Pigula当时和哈佛大学研究生EllenRoche以及其哈佛生物设计实验室顾问ConorWalsh一起头脑风暴,认为软体机器人应该是一个很好的方向。
研究人员为解决心脏排异的问题进行了机器人的多次迭代。他们在合成心脏和死猪体上进行测试,利用减缓心脏跳动的药物在心力衰竭的活猪体内进行了概念验证性研究,设备与心脏接触时成功将血流量恢复到基准水平。
虽然当时的模型实验证明了方案的可行性,但将机器人植入人体进行试验尚需时日研究。
Roche最终目标是创造一个不仅能够在患者等待移植期间提供帮助,而且能够减少心脏负荷从而使其有足够的时间治愈的套管,“这是一项假设,但也许你最终可以凭借它快速恢复甚至痊愈,”Roche说。“但我也不是说自己一定能成功。”
软体机器人应用前景
作为一项新的交叉研究,柔性体机器人结合了柔性电子、仿生力学、生物学、智能高分子材料、人工智能、3D打印等前沿科学技术。李铁风告诉记者,软体机器人有许多优势。它的硬度、柔软度和可拉伸程度跟人体的皮肤和肌肉很接近,当它穿在人身上,跟人互动接触时,亲和性很好。软体机器人受到外界冲击和破坏时不易损伤。软体机器人容易被先进的技术,比如3D打印等方式来制造,成本比较低廉,可以像硅胶、橡胶等玩具一样被大批量制作。
软体机器人能作为可穿戴的动力护具,比如假肢、人造外骨骼。在地震现场,它也可以承担探索和探测的任务。另外,它还可以作为教育用品和玩具。
研究人员指出,虽然软体机器人仍处于萌芽和起步阶段,但它或许能在很多领域“大展拳脚”,比如维修和检测设备、执行搜救行动以及进行环境探测,甚至在医学领域发挥重要作用。
根据前瞻产业研究院对软体机器人的市场规模预测,2016年用于维修和检测设备的软体机器人市场规模达到3876亿元,相对去年的市场规模增速为16.4%。
用于治疗高血压、心绞痛、心肌梗死、肥厚型心肌病、主动脉夹层、心律失常、甲状腺功能亢进、心脏神经官能症等。近年来尚用于心力衰竭的治疗,此时应在有经验的医师指导下使用。
健客价: ¥8.5本品有提高窦性心律,改善窦房结、房室传导功能,改善心脏功能的作用。用于多种心律失常,房室传导阻滞,难治性缓慢型心律失常,传导阻滞。
健客价: ¥18.61.房性心律失常(心房扑动、心房纤颤转律和转律后窦性心律的维持)。 2.结性心律失常。 3.室性心律失常(治疗危及生命的室性期前收缩和室性心动过速以及室性心律过速或心室纤颤的预防)。 4.伴W-P-W综合征的心律失常。 依据其药理学特点,胺碘酮适用于上述心律失常,尤其合并器质性心脏病的患者(冠状动脉供血不足及心力衰竭)。
健客价: ¥321.用于高血压、瓣膜性心脏病、先天性心脏病等急性和慢性心功能不全。尤其适用于伴有快速心室率的心房颤动的心功能不全;对于肺源性心脏病、心肌严重缺血、活动性心肌炎及心外因素如严重贫血、甲状腺功能低下及维生素B1缺乏症的心功能不全疗效差; 2.用于控制伴有快速心室率的心房颤动、心房扑动患者的心室率及室上性心动过速。
健客价: ¥35用于治疗高血压、心绞痛、心肌梗死、肥厚型心肌病、主动脉夹层、心律失常、甲状腺机能亢进、心脏神经官能症等。近年来尚用于心力衰竭的治疗,此时应在有经验的医师指导下使用。
健客价: ¥141.用于高血压、瓣膜性心脏病、先天性心脏病等急性和慢性心功能不全。尤其适用于伴有快速心室率的心房颤动的心功能不全;对于肺源性心脏病、心肌严重缺血、活动性心肌炎及心外因素如严重贫血、甲状腺功能低下及维生素B1缺乏症的心功能不全疗效差; 2.用于控制伴有快速心室率的心房颤动、心房扑动患者的心室率及室上性心动过速。
健客价: ¥38益气健脾,活血化瘀,通腑泄浊。用于脾失运化,瘀浊阻滞,升降失调所引起的腰痛疲倦,面色萎黄,恶心呕吐,食欲不振,小便不利,大便粘滞及多种原因引起的慢性肾功能不全见上述症候者。
健客价: ¥29益气健脾,活血化瘀,通腑泄浊。用于脾失运化,瘀浊阻滞,升降失调所引起的腰痛疲倦,面色萎黄,恶心呕吐,食欲不振,小便不利、大便粘滞及多种原因引起的慢性肾功能不全见上述症候者。
健客价: ¥25.91、用于高血压、瓣膜性心脏病、先天性心脏病等急性和慢性心功能不全。尤其适用于伴有快速心室率的心房颤动的心功能不全;对于肺源性心脏病、心肌严重缺血、活动性心肌炎及心外因素如严重贫血、甲状腺功能低下及维生素B1缺乏症的心功能不全疗效差。 2、用于控制伴有快速心室率的心房颤动、心房扑动患者的心室率及室上性心动过速。
健客价: ¥83黄葵胶囊:清利湿热,解毒消肿。用于慢性肾炎之湿热证,症见:浮肿、腰痛,蛋白尿、血尿、舌苔黄腻等。 尿毒清颗粒:通腑降浊、健脾利湿、活血化瘀。在临床上尿毒清颗粒主要用于慢性肾功能衰竭,氮质血症期和尿毒症早期、中 医辨证属脾虚湿浊症和脾虚血瘀症者。尿毒清颗粒可降低肌酐、尿素氮,稳定肾功能,延缓透析时间;另外尿毒清颗粒对改善肾性贫血,提高 血钙、降低血磷也有一定的作用。
健客价: ¥2210黄葵胶囊:清利湿热,解毒消肿。用于慢性肾炎之湿热证,症见:浮肿、腰痛,蛋白尿、血尿、舌苔黄腻等。 尿毒清颗粒:通腑降浊、健脾利湿、活血化瘀。在临床上尿毒清颗粒主要用于慢性肾功能衰竭,氮质血症期和尿毒症早期、中医辨证属脾虚湿浊症和脾虚血瘀症者。尿毒清颗粒可降低肌酐、尿素氮,稳定肾功能,延缓透析时间;另外尿毒清颗粒对改善肾性贫血,提高 血钙、降低血磷也有一定的作用。
健客价: ¥2280益气健脾,活血化瘀,通腑泄浊。用于脾胃气虚、浊瘀内阻、升降失调所致的面色萎黄、腰痛倦怠、恶心呕吐、食欲不振、小便不利、大便黏滞;慢性肾功能不全见上述证候者。
健客价: ¥30.9预防存在以下一个或多个危险因素的成人非瓣性房颤患者的卒中和全身性栓塞(SEE): ·先前曾有卒中、短暂性脑缺血发作或全身性栓塞 ·左心室射血分数<40% ·伴有症状的心力衰竭,纽约心脏病协会(NYHA)心功能分级≥2级 ·年龄≥75岁 ·年龄≥65岁,且伴有以下任一疾病:糖尿病、冠心病或高血压
健客价: ¥179益气健脾,活血化瘀,通腑泄浊。用于脾胃气虚、浊瘀内阻、升降失调所致的面色萎黄、腰痛倦怠、恶心呕吐、食欲不振、小便不利、大便黏滞;慢性肾功能不全见上述证候者。
健客价: ¥48益气健脾,活血化瘀,通腑泄浊。用于脾失运化,瘀浊阻滞,升降失调所引起的腰痛疲倦,面色萎黄,恶心呕吐,食欲不振,小便不利,大便粘滞及多种原因引起的慢性肾功能不全见上述症候者。
健客价: ¥35醋酸钙片(维康子帆):慢性肾功能衰竭所致高磷血症。 海昆肾喜胶囊(长龙):化浊排毒。用于慢性肾功能衰竭(代偿期、失代偿期和尿毒症早期)湿浊症。症见:恶心,呕吐,纳差,腹胀,身重困倦,尿少,浮肿,苔厚腻。
健客价: ¥2549肾衰宁颗粒:益气健脾,活血化瘀,通腑泄浊。用于脾失运化,瘀浊阻滞,升降失调所引起的腰痛疲倦,面色萎黄,恶心呕吐,食欲不振,小便不利,大便粘滞及多种原因引起的慢性肾功能不全见上述症候者。 海昆肾喜胶囊:化浊排毒。用于慢性肾功能衰竭(代偿期、失代偿期和尿毒症早期)湿浊症。症见:恶心,呕吐,纳差,腹胀,身重困倦,尿少,浮肿,苔厚腻。
健客价: ¥1300黄葵胶囊:清利湿热,解毒消肿。用于慢性肾炎之湿热证,症见:浮肿、腰痛,蛋白尿、血尿、舌苔黄腻等。 复方α-酮酸片:配合低蛋白饮食,预防和治疗因慢性肾功能不全而造成蛋白质代谢失调引起的损害。通常用于肾小球滤过率低于每分钟25ml的患者。低蛋白饮食要求成人每日蛋白摄入量为40g或40g以下。
健客价: ¥13891.水肿性疾病排泄体内过多的钠和水,减少细胞外液容量,消除水肿。常见的包括充血性心力衰竭、肝硬化腹水、肾病综合症、急慢性肾炎水肿、慢性肾功能衰竭早期、肾上腺皮质激素和雌激素治疗所致的钠、水潴留。 2.高血压可单独或与其他降压药联合应用,主要用于治疗原发性高血压。 3.中枢性或肾性尿崩症。 4.肾石症主要用于预防含钙盐成分形成的结石。
健客价: ¥4复方α-酮酸片:配合低蛋白饮食,预防和治疗因慢性肾功能不全而造成蛋白质代谢失调引起的损害。通常用于肾小球滤过率低于每分钟25毫升的患者。低蛋白饮食要求成人每日蛋白摄入量为40克或40克以下。 海昆肾喜胶囊:化浊排毒。用于慢性肾功能衰竭(代偿期、失代偿期和尿毒症早期)湿浊症。症见:恶心,呕吐,纳差,腹胀,身重困倦,尿少,浮肿,苔厚腻。
健客价: ¥22701.水肿性疾病排泄体内过多的钠和水,减少细胞外液容量,消除水肿。常见的包括充血性心力衰竭、肝硬化腹水、肾病综合症、急慢性肾炎水肿、慢性肾功能衰竭早期、肾上腺皮质激素和雌激素治疗所致的钠、水潴留。 2.高血压可单独或与其他降压药联合应用,主要用于治疗原发性高血压。 3.中枢性或肾性尿崩症。4.肾石症主要用于预防含钙盐成分形成的结石。
健客价: ¥4水肿性疾病排泄体内过多的钠和水,减少细胞外液容量,消除水肿。常见的包括充血性心力衰竭、肝硬化腹水、肾病综合症、急慢性肾炎水肿、慢性肾功能衰竭早期、肾上腺皮质激素和雌激素治疗所致的钠、水潴留。
健客价: ¥5用于防治左卡尼汀缺乏。如慢性肾衰病人因血液透析所致的左卡尼汀缺乏。
健客价: ¥52.5心血管疾病用药,有扩张血管及抗菌消炎作用。用于冠状动脉硬化性心脏病,血栓闭塞性脉管炎,并用于中心性视肉膜炎,小儿肺炎。
健客价: ¥15