科幻電影中的怪物生於編劇筆下的虛構世界。在真實世界,一種貌似外星生物、形態百變的物體誕生。它是香港中文大學(中大)工程學院團隊研發的「史萊姆」機械人,有望日後用於人體內執行各種醫療任務。

「史萊姆」機械人無疑是一個開創性的發明,當它的技術更完善成熟時,便可在危急關頭用於拯救孩子的生命,對家長來說絕對是好消息。例如孩子不慎誤吞有毒電池、尖銳物件這類異物,一般只能送院由醫生以專業儀器取出。然而,這個黑色糊狀猶如「鬼口水」玩具的「史萊姆」機械人,能在狹窄的消化道模型中遊刃有餘地遊走,取出有害異物,而且延展性高,能像八爪魚般伸出手將目標物件包裹起來,再排出體外。機械人在體內的移動靠外部磁力控制,可因應體內環境任意移動、旋轉,甚至變身成「O」或「C」形狀,輕鬆鑽入狹窄彎曲的消化道。

取代傳統的內窺鏡手術快速進入狹小蜿蜒曲折腔道

(比例尺:10毫米)在實驗測試中,「史萊姆」機器人在磁鐵的操控下張開口,把微型物件包裹起來(圖中黃點)。

這款機械人的優點在於能抓住和包裹物件。為測試機械人的能力,張立教授帶領的機械與自動化工程系團隊讓機械人在模擬體內環境中嘗試執行不同任務,例如滑過細小的縫隙、在模型胃中朝目標電池移動並將其取出、抓緊及移動電線等。現時醫生要從人體內取出物件,一般需要配合內窺鏡使用,但每次只能取出一件體積較大的異物,而「史萊姆」機械人則可觸及內窺鏡難以到達的部位,將量多且細碎如麵包屑的物件取出,減輕病人因進行內窺鏡或開腹手術而承受的痛苦及風險。

模擬機械人從腸道內取出鈕扣電池

張教授形容,機械人抓住物件的原理就像我們用手抓住杯一樣。「你可以當『史萊姆』機械人是一隻手,你可以施加不同力度令它猶如八爪魚般抓住目標物件。它亦是一個理想載體,能將物件送到目標位置。」

機械人主要以水凝膠和磁性顆粒「釹鐵硼」製成,成分比例為8:2。水凝膠的優點在於毒性低,不易溶解,可以自然排出體外。由於磁性顆粒帶有微毒性,所以機械人外層塗有矽化合物,以防止滲漏毒性。團隊的細胞毒性測試證實,機器人可在體內停留48小時,不會引起安全問題。因此,病人可以如吞藥丸般將「史萊姆」機械人吞進肚內,再自然排出體外。

磁性機械人有自行癒合能力

機械人的適應能力高,可按需要改變大小和透過調整磁性成分去控制抓捏力度,更具有自行癒合能力。張教授說:「機械人的磁性具黏合作用,即使用剪刀去切斷它,之後仍能重組回復原態,所以它可以適應人體內複雜的環境。」而且,機械人的成本非常低,一公升只需數十美元。

張教授團隊當初開發機械人的最主要目標是在人體消化道內執行醫療任務,但事實上它的功能不止於此,而是有潛力應用於工業。例如磁性機械人能導電,機械人或可代替工人在高風險環境下維修電路板。張教授解釋:「一些高危地點如核電廠,工人於高放射性環境工作,嚴重危害健康。這些情況下,機械人就能發揮功用,代替人手燒焊,協助修復電線或電路。」

張立教授(左)及孫猛猛博士

談到研發「史萊姆」機械人的靈感來源,論文第一作者孫猛猛博士笑言是啟發自蜘蛛俠電影中的角色「毒魔」,這次研發證明了科學與科幻小說是可以融合。對於未來發展,這個擁有逾十年磁性導航系統研發經驗的實驗室團隊希望,之後能配合帶磁力的機械手臂,以磁力驅動和控制體內機械人的行動,便利治療過程。另外,機械人要應用於體內,高度精準的實時操控及安全性尤為重要。現階段,團隊正努力讓技術進入臨床試驗。張教授說:「我們正與中大醫學院的外科醫生趙偉仁教授緊密合作,希望於年內在香港科學園的醫療機器人創新技術中心(MRC)進行活體動物測試,五年內於人體測試。」