手術機器人的需求
醫學用手術機器人的設計目的，主要在取代一些人類因時空的限制而無法做到的工作，例如說機器人可以在很小的空間中運作以精密採樣、遠端操作，或者是執行重複的動作等。舉個例子來說，在生產線上，研發機器人做重複且精密的動作；而美國國防部和Google更設計了一系列機器人，希望可以深入戰地，到達人類去不了的地方。
設計要克服限制
同樣的，在醫療方面，手術機器設備也是基於同樣的動機而設計的，像是能夠在「核磁共振成像」(MRI)的環境下使用的手術機器人就是一個例子，因MRI機器使用強大的磁場，在其運作空間內是不能有金屬器件存在的；另外，這種機器的形狀像一個很短的隧道，除了患者以外，很難有其他人的容身之處，如果想在影像照射的同時，讓醫生同時執行手術，幾乎很難做到。上述這兩點就是空間和環境所造成的限制，那麼能設計一個機器人進去操作手術嗎?
MRI相容手術機器人
美國麻州「伍斯特理工學院」(Worcester Polytechnic Institute, WPI) 的研究員開發了一種能克服以上問題的「MRI相容手術機器人」(MRI compatible robotic surgery tool)，專為攝護腺腫瘤的採樣而設計(點這裡看照片)。現行攝護腺腫瘤的採樣，醫師需使用針管分別插入患者的攝護腺的四個部位，在每個部位採樣數次，因為沒有精確影像導引，可以說非常不精準；又或者加入超音波影像，從患者直腸放入超音波探桿，然而因為超音波影像仍不夠清晰，仍須多次採樣來增加樣本數，但每次的針頭插入都增加感染的風險。而專為攝護腺切片手術設計的「MRI相容手術機器人」，零件全為塑膠材料，避開了金屬零件在磁場中的影響，而其驅動裝置為「陶瓷壓電式馬達」(ceramic piezoelectric motors)，這種馬達的材料會隨著給予的電壓而產生形變，因此能提供推力或擺動來控制機器人的動作，動作控制的精密度相當高。其實一開始研究團隊使用氣壓式馬達，但發現控制不夠精準，因而採用壓電式馬達。
這個手術機器人整套設計為一個攜帶式的提箱，隨時可以攜帶安置到任何的MRI設備室，操作人員可在外面操控置於MRI機器內的機器人並進行切片。目前這項開發已經和美國Acoustic Medsystems公司合作來商業化。
太空與醫療的相同處
其實醫療和太空機器人的設計，有著同樣的要求，就是要可靠度高、安全、精準。加拿大就將其設計的Canadarm，太空用的機器手臂，改設計為neuroArm做神經手術，另外也改造成在MRI系統中使用，用來做乳癌切片的IGAR，同時也能用在肺、肝、腎腫瘤切片。
MRI影像本身的清晰度和高花費，要應用在這樣的腫瘤切片上，仍有不少疑問。但是這個產品的開發，就其能在高磁場，小空間使用的特性，無疑未來有不少的應用可能。
文章參考：IEEE Spectrum
圖片來源：Rum Bucolic Ape@Flickr CC BY-ND 2.0
原文參考：Mechatronics, IEEE/ASME Transactions
