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| 本文作者： 陳淑瑜 | 2026-06-18 14:28 | 專題：ICRA 2017：創(chuàng)新、創(chuàng)業(yè)和解決方法 |
作者丨陳淑瑜
編輯丨岑 峰
2026年6月2日，國際機(jī)器人與自動(dòng)化會(huì)議（ICRA 2026）在奧地利維也納召開。
在6月2日下午的Keynote環(huán)節(jié)中，中國科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院的徐天添研究員發(fā)表了題為“Magnetically Actuated Microrobotsfor Precision Medicine”的演講，系統(tǒng)回顧了費(fèi)曼1959年提出的"吞下手術(shù)"愿景，并展示了毫米級(jí)與微米級(jí)磁控微機(jī)器人在臨床醫(yī)學(xué)中的前沿進(jìn)展。
由于微機(jī)器人無法集成執(zhí)行器和傳感器，必須依賴磁場遠(yuǎn)程控制，因此在體內(nèi)實(shí)時(shí)定位和精確控制一直是兩大瓶頸。
徐天添團(tuán)隊(duì)提出柔性霍爾傳感器貼片替代大型定位設(shè)備，實(shí)現(xiàn)便攜式三維磁定位；
在控制層面，從PID走向基于學(xué)習(xí)的方法，以超聲波反饋實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制；
在應(yīng)用層面，以患者自身血液構(gòu)建水凝膠微機(jī)器人，規(guī)避免疫排斥，并在Nature發(fā)表磁流體左心耳封堵的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)成果：實(shí)驗(yàn)用豬存活超兩年，封堵效果完美。
以下是徐天添在ICRA 2026大會(huì)Keynote環(huán)節(jié)發(fā)表的演講精編稿，雷峰網(wǎng)在現(xiàn)場報(bào)道，并基于原英文演講內(nèi)容進(jìn)行了不改原意的翻譯編輯：
01
我是中科院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院的徐天添。我的研究方向是磁驅(qū)動(dòng)微機(jī)器人在醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用。
1959年，費(fèi)曼說過，如果你能把手術(shù)吞下去，那在外科手術(shù)中會(huì)很有趣。我們怎樣才能制造出這么微小的機(jī)械裝置呢？在當(dāng)時(shí)，這是一個(gè)非常大膽的想法，因?yàn)槲覀兩踔吝€沒有機(jī)器人的概念。
在工業(yè)時(shí)代，我們有了工業(yè)機(jī)器人。1990年代，我們又有了手術(shù)機(jī)器人，承擔(dān)了人類的角色。到了21世紀(jì)，隨著材料和先進(jìn)制造技術(shù)的發(fā)展，我們的機(jī)器人做得越來越小，出現(xiàn)了一些厘米級(jí)、毫米級(jí)和微米級(jí)的微機(jī)器人。
我的工作主要集中在毫米級(jí)和微米級(jí)的微機(jī)器人上。在這個(gè)尺度上，我們無法將執(zhí)行器和傳感器集成到機(jī)器人上。所以我們使用遠(yuǎn)程控制方式，比如磁控。這種機(jī)器人有很多潛在的應(yīng)用場景。例如靶向給藥，微機(jī)器人可以提高效率并減少副作用。它還可以在狹窄空間內(nèi)進(jìn)行精細(xì)操作，比如磁驅(qū)動(dòng)介入導(dǎo)絲可以做神經(jīng)血管手術(shù)，而磁控微機(jī)器人可以做微創(chuàng)手術(shù)。
02
當(dāng)然，要將磁驅(qū)微機(jī)器人推向?qū)嶋H應(yīng)用，還面臨幾項(xiàng)關(guān)鍵挑戰(zhàn)：如何在體內(nèi)實(shí)時(shí)定位微機(jī)器人？如何在呼吸、心跳等動(dòng)態(tài)擾動(dòng)下實(shí)現(xiàn)精確控制？如何確保長期的安全性和功能性？以下是我們圍繞這些挑戰(zhàn)所做的工作。
定位方面，我提出了一種柔性磁定位貼片。現(xiàn)有方法通常依賴大型設(shè)備，而我們設(shè)計(jì)的貼片非常小巧、內(nèi)置霍爾傳感器陣列，且具有柔性，能夠?qū)崿F(xiàn)磁性物體的三維位置與方向檢測。
因?yàn)槭侨嵝缘?，我們可以?shí)現(xiàn)磁性物體的三維位置和方向的檢測，貼片非常小，可以貼在任何地方。例如可以貼在ERCP（內(nèi)鏡逆行胰膽管造影）手術(shù)的內(nèi)鏡上，也可以貼合ERCP器械的形狀。這是我們在體模中進(jìn)行的ERCP實(shí)驗(yàn)。由于貼片是柔性的，它是一個(gè)通用平臺(tái)，我們可以靈活調(diào)整傳感器配置。
目前我們有膠囊內(nèi)鏡，但無法看到膠囊在體內(nèi)的位置。傳統(tǒng)方案我們需要大型設(shè)備來檢測，而且檢查室非常繁忙，病人必須整天待在那里。有了我們的方案，我們可以將其做成腰帶，隨時(shí)隨地檢測膠囊的位置，并實(shí)時(shí)追蹤。
03
控制方面，十年前我用的是PID控制和非線性控制，近年轉(zhuǎn)向?qū)W習(xí)方法來控制微機(jī)器人。我們以超聲波作為反饋信號(hào)，設(shè)定參考路徑后，微機(jī)器人可以沿路徑精確運(yùn)動(dòng)。同樣的方法也應(yīng)用在我們的導(dǎo)絲系統(tǒng)上——磁驅(qū)動(dòng)導(dǎo)絲配合超聲波反饋，實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制。
04
另一項(xiàng)工作是血液水凝膠微機(jī)器人，用于缺血性疾病治療。核心優(yōu)勢是使用患者自身的血液來構(gòu)建微機(jī)器人，因此不會(huì)被免疫系統(tǒng)攻擊。而且血液水凝膠非常柔軟，楊氏模量接近腦組織，彈性好，能夠順利通過狹窄空間。
實(shí)驗(yàn)中實(shí)現(xiàn)了多模態(tài)成像，可以看到熒光和X射線圖像。我們使用DSA（數(shù)字減影血管造影）機(jī)器作為反饋信號(hào)源，當(dāng)微機(jī)器人接近目標(biāo)時(shí)，利用高速旋轉(zhuǎn)磁場破壞水凝膠外殼并釋放藥物。
動(dòng)物實(shí)驗(yàn)方面，我們使用了18只比格犬進(jìn)行腫瘤介入治療。結(jié)果顯示，未治療組腫瘤增長非常迅速，而使用微機(jī)器人后增長率明顯降低。對于無法承受手術(shù)的患者，這種方案有望延長他們的預(yù)期壽命。
05
還有一項(xiàng)是與柔性電極方向的合作研究。合作者負(fù)責(zé)制備柔性貼片并將其卷成微纖維，在貼片上快速噴涂多個(gè)通道，形成多通道電極微纖維。
我們在微纖維上添加磁性材料，使其能夠在磁場驅(qū)動(dòng)下運(yùn)動(dòng)。
這是我們制備的微纖維，可以看到多通道結(jié)構(gòu)和磁性材料。我們在大鼠中進(jìn)行了測試，成功記錄了腦電圖（EEG）信號(hào)。我們還進(jìn)一步測試了"神經(jīng)導(dǎo)絲"（我們稱之為"神經(jīng)線蟲"）在兔子血管系統(tǒng)中的運(yùn)動(dòng)能力。兔子實(shí)驗(yàn)中，導(dǎo)絲在磁場引導(dǎo)下沿脊柱內(nèi)的血管移動(dòng)，我們利用磁場控制方向，避開血管壁、避免損傷。
這是我們獲取的多通道信號(hào)數(shù)據(jù)，以及植入過程的DSA圖像。更多細(xì)節(jié)可以參考我們已發(fā)表的論文。
06
還有一項(xiàng)工作是關(guān)于磁流體用于左心耳封堵。房顫患者通常需要接受左心耳封堵手術(shù)。
房顫患者通常需要接受左心耳封堵手術(shù)來預(yù)防中風(fēng)。目前使用的是商用封堵器，一般為圓柱形。但每個(gè)人的左心耳形態(tài)差異很大，類型繁多，商用封堵器無法做到完美適配。一旦出現(xiàn)滲漏，就可能形成血栓，血栓隨血流進(jìn)入大腦就會(huì)引發(fā)中風(fēng)。與臨床醫(yī)生討論后，我們提出用磁流體來封堵左心耳。因?yàn)樗热皇橇黧w，就能完美貼合所有形態(tài)的左心耳。
這是我們的磁流體在磁場作用下克服重力運(yùn)動(dòng)的演示。我們在極高的血流速度下進(jìn)行了測試：左心耳內(nèi)的血流速度可達(dá)每秒一米。如果沒有磁場輔助，磁流體會(huì)在瞬間被沖走。我們將磁性部件集成到導(dǎo)管中，在磁場引導(dǎo)下，磁流體能夠精準(zhǔn)進(jìn)入左心耳。這是體模實(shí)驗(yàn)結(jié)果：磁流體在磁場下轉(zhuǎn)化為凝膠，一側(cè)實(shí)現(xiàn)完美封堵，另一側(cè)無任何滲漏。
隨后我們開展了動(dòng)物實(shí)驗(yàn)，共11頭豬。這是實(shí)驗(yàn)裝置和封堵器的工作狀態(tài)。我們用這套裝置將磁流體注入左心耳內(nèi)部。首先注入造影劑，可以看到造影劑很快被血流沖走；接著注入磁流體凝膠，它能夠穩(wěn)定地停留在原位。
以下是對比結(jié)果。第一行是商用Watchman封堵器，可以看到它與肌肉組織直接接觸，可能造成損傷。而磁流體作為流體，轉(zhuǎn)化為磁性凝膠后非常柔軟，對左心耳組織沒有任何損傷。更重要的是，我們實(shí)現(xiàn)了完美封堵，無任何血栓或滲漏。第一頭實(shí)驗(yàn)豬至今存活已約兩年，健康狀況良好。術(shù)后隨訪中未發(fā)現(xiàn)任何滲漏，磁性凝膠始終穩(wěn)定保持在原位。
07
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