17、从实验室玩具到生命拯救者：结合医学成像模式的小型磁控机器人系统

从实验室玩具到生命拯救者：结合医学成像模式的小型磁控机器人系统

1. 小型磁控机器人的发展背景与现状

在过去几十年里，小型机器人技术吸引了研究人员、企业家和医疗专业人士的广泛关注。这些微型设备有望以微创方式进入人体难以到达的区域，执行前所未有的医疗程序。2020年初新冠疫情爆发后，其可远程控制的特性更加凸显，不仅能减少手术切口以降低污染，还能让医护人员在医疗过程中与患者保持安全距离，同时借助5G网络实现远程诊断和治疗。

小型磁控机器人技术作为一个跨学科研究领域，在过去几十年中发展迅速。磁场控制相较于其他控制方式，能同时对远程物体产生力和扭矩，且可安全穿透生物物质。然而，目前的研究大多局限于实验室环境，工作条件过度简化，导致机器人系统仅能作为概念验证单元，缺乏实际应用价值。

为了使下一代小型磁控机器人系统更具现实意义，研究人员开始考虑临床约束和需求，尤其关注医学成像模式的应用。因为成像和传感对于机器人在人体内安全有效工作至关重要，也是远程操作和半/全自动化控制的基石。早期研究主要使用光学相机甚至肉眼作为主要成像方式，但在临床场景中，直接视线往往不可用，因此需要采用更现实和临床相关的成像模式。

2. 传统成像设置及其局限性

小型磁控机器人研究在早期主要局限于简化的实验室环境和概念验证演示。在这些研究中，为了便于跟踪机器人，通常保持直接视线，主要或仅使用光学相机甚至肉眼作为成像方式。光学图像易于获取，且便于人类操作员和计算机控制器处理和理解，同时有大量图像处理软件和包适用于光学图像。

许多小型磁控机器人的实验在空气、界面或透明容器内的水介质中进行。例如，Tasoglu等人使用无绳磁控微机器人在二维基板上编码三维材料，通过顶