医療用マイクロロボット2026/4/1arXiv:2604.13513

線虫寄生虫に着想を得た変形可能な細長マイクロロボットによる血管内介入手術

A transformable slender microrobot inspired by nematode parasites for interventional endovascular surgery

線虫に着想を得た、直径200μm未満・長さ20mm以上の細長い磁気駆動マイクロロボットを開発し、狭い血管内での高い柔軟性と移動能力を実現した。また、薬物の運搬と放出による介入手術への応用可能性を示した。

詳しい要約

1. どんなもの？

- 線虫（nematode）に着想を得た変形可能な細長い磁気マイクロロボット。 - 血管内介入手術への応用を目的とする。 - 直径200 µm未満、長さ20 mm超、アスペクト比100超の試作機。 - 超薄ポリマーストリング上に均一配置した磁気ビーズと、頭部の大きなビーズで構成。 - 柔軟性（最大曲率0.904 mm⁻¹）と移動能力（最大速度125 mm/s）を有する。

2. 先行研究と比べてどこがすごい？

- 従来のロボットは汎用性か操縦性のどちらかに偏るジレンマがあった。 - 本ロボットは細長く変形可能な構造により、狭所・複雑な血管網への適応と操縦性を両立。 - アスペクト比100超という極端な細長形状を実現。 - 半径0.84 mmの急旋回や3D空間の孔通過が可能。 - 自重の95倍の薬剤を包み輸送できる。

3. 技術・手法の肝は？

- 線虫の体内移動・摂食・運動様式に倣った設計。 - 超薄ポリマーストリングに磁気ビーズを均一配置し、頭部に大ビーズを配置。 - 製作法と形状を実験・解析に基づき最適化。 - 磁場制御により変形・推進・把持・解放を実現。 - 注射針（直径1.2 mm）を通して注入・回収可能な設計。

4. どうやって有効だと検証した？

- 試作機の柔軟性（最大曲率0.904 mm⁻¹）と移動速度（最大125 mm/s）を測定。 - 半径0.84 mmの急旋回および3D空間の孔通過を実験で確認。 - 狭い血管モールド内を航行し、自重の95倍の薬剤を包み輸送・目的位置で放出。 - 動脈瘤ファントム内で変形・巻き付きによる塞栓応用の可能性を提示。 - 医療用注射針（直径1.2 mm）を通した注入・回収に成功。

5. 議論はある？

- 要旨からは不明。 - 生体適合性、長期耐久性、in vivoでの安全性、磁場制御の実現性などは言及されていない。 - 臨床応用に向けた課題や限界については要旨からは不明。

6. 次に読むべき論文は？

- 要旨で参照・比較されている研究は明示されていない。 - 同分野の関連手法として、磁気マイクロロボット、血管内介入ロボット、線虫模倣ロボット、変形可能ロボットに関する論文が挙げられる。 - 具体的な論文名は要旨からは不明。

※ AIが要旨から生成した要約です。正確性は原文をご確認ください。

著者: Xin Yang, Dongliang Fan, Yunteng Ma, Yuxuan Liao, Diancheng Li, U Kei Cheang, Bo Peng, Hongqiang Wang

分類: cs.RO

原文アブストラクト

Cardiovascular diseases account for around 17.9 million deaths per year globally, the treatment of which is challenging considering the confined space and complex topology of the vascular network and high risks during operations. Robots, although promising, still face the dilemma of possessing versatility or maneuverability after decades of development. Inspired by nematodes, the parasites living, feeding, and moving in the human body's vascular system, this work develops a transformable slender magnetic microrobot. Based on the experiments and analyses, we optimize the fabrication and geometry of the robot and finally create a slender prototype with an aspect ratio larger than 100 (smaller than 200 microns in diameter and longer than 20 mm in length), which possesses uniformly distributed magnetic beads on the body of an ultrathin polymer string and a big bead on the head. This prototype shows great flexibility (largest curvature 0.904 mm-1) and locomotion capability (the maximum speed: 125 mm/s). Moreover, the nematode-inspired robot can pass through sharp turns with a radius of 0.84 mm and holes distributed in three-dimensional (3D) space. We also display the potential application in interventional surgery of the microrobot by navigating it through a narrow blood vessel mold to wrap and transport a drug (95 times heavier than the robot) by deforming the robot's slender body and releasing the drug to the aim position finally. Moreover, the robot also demonstrates the possible applications in embolization by transforming and winding itself into an aneurysms phantom and exhibits its outstanding injectability by being successfully withdrawn and injected through a medical needle (diameter: 1.2 mm) of a syringe.

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