中国科学院深圳先进技术研究院徐天添研究员：从体内定位到左心耳封堵的突破 | ICRA 2026

2026年6月2日，国际机器人与自动化会议（ICRA 2026）在奥地利维也纳召开。

在6月2日下午的Keynote环节中，中国科学院深圳先进技术研究院的徐天添研究员发表了题为“Magnetically Actuated Microrobotsfor Precision Medicine”的演讲，系统回顾了费曼1959年提出的"吞下手术"愿景，并展示了毫米级与微米级磁控微机器人在临床医学中的前沿进展。

由于微机器人无法集成执行器和传感器，必须依赖磁场远程控制，因此在体内实时定位和精确控制一直是两大瓶颈。

徐天添团队提出柔性霍尔传感器贴片替代大型定位设备，实现便携式三维磁定位；

在控制层面，从PID走向基于学习的方法，以超声波反馈实现闭环控制；

在应用层面，以患者自身血液构建水凝胶微机器人，规避免疫排斥，并在Nature发表磁流体左心耳封堵的动物实验成果：实验用猪存活超两年，封堵效果完美。

以下是徐天添在ICRA 2026大会Keynote环节发表的演讲精编稿，雷峰网在现场报道，并基于原英文演讲内容进行了不改原意的翻译编辑：

01

从费曼的愿景到毫米级微机器人

我是中科院深圳先进技术研究院的徐天添。我的研究方向是磁驱动微机器人在医学中的应用。

1959年，费曼说过，如果你能把手术吞下去，那在外科手术中会很有趣。我们怎样才能制造出这么微小的机械装置呢？在当时，这是一个非常大胆的想法，因为我们甚至还没有机器人的概念。

在工业时代，我们有了工业机器人。1990年代，我们又有了手术机器人，承担了人类的角色。到了21世纪，随着材料和先进制造技术的发展，我们的机器人做得越来越小，出现了一些厘米级、毫米级和微米级的微机器人。

我的工作主要集中在毫米级和微米级的微机器人上。在这个尺度上，我们无法将执行器和传感器集成到机器人上。所以我们使用远程控制方式，比如磁控。这种机器人有很多潜在的应用场景。例如靶向给药，微机器人可以提高效率并减少副作用。它还可以在狭窄空间内进行精细操作，比如磁驱动介入导丝可以做神经血管手术，而磁控微机器人可以做微创手术。

02

柔性贴片：可穿戴式磁定位方案

当然，要将磁驱微机器人推向实际应用，还面临几项关键挑战：如何在体内实时定位微机器人？如何在呼吸、心跳等动态扰动下实现精确控制？如何确保长期的安全性和功能性？以下是我们围绕这些挑战所做的工作。

定位方面，我提出了一种柔性磁定位贴片。现有方法通常依赖大型设备，而我们设计的贴片非常小巧、内置霍尔传感器阵列，且具有柔性，能够实现磁性物体的三维位置与方向检测。

因为是柔性的，我们可以实现磁性物体的三维位置和方向的检测，贴片非常小，可以贴在任何地方。例如可以贴在ERCP（内镜逆行胰胆管造影）手术的内镜上，也可以贴合ERCP器械的形状。这是我们在体模中进行的ERCP实验。由于贴片是柔性的，它是一个通用平台，我们可以灵活调整传感器配置。

目前我们有胶囊内镜，但无法看到胶囊在体内的位置。传统方案我们需要大型设备来检测，而且检查室非常繁忙，病人必须整天待在那里。有了我们的方案，我们可以将其做成腰带，随时随地检测胶囊的位置，并实时追踪。

03

从PID到学习控制：超声波驱动的闭环微机器人

控制方面，十年前我用的是PID控制和非线性控制，近年转向学习方法来控制微机器人。我们以超声波作为反馈信号，设定参考路径后，微机器人可以沿路径精确运动。同样的方法也应用在我们的导丝系统上——磁驱动导丝配合超声波反馈，实现闭环控制。

04

血液水凝胶微机器人：用患者自身材料实现免疫兼容

另一项工作是血液水凝胶微机器人，用于缺血性疾病治疗。核心优势是使用患者自身的血液来构建微机器人，因此不会被免疫系统攻击。而且血液水凝胶非常柔软，杨氏模量接近脑组织，弹性好，能够顺利通过狭窄空间。

实验中实现了多模态成像，可以看到荧光和X射线图像。我们使用DSA（数字减影血管造影）机器作为反馈信号源，当微机器人接近目标时，利用高速旋转磁场破坏水凝胶外壳并释放药物。

动物实验方面，我们使用了18只比格犬进行肿瘤介入治疗。结果显示，未治疗组肿瘤增长非常迅速，而使用微机器人后增长率明显降低。对于无法承受手术的患者，这种方案有望延长他们的预期寿命。

05

柔性动态电极与神经导丝：磁控多通道神经接口

还有一项是与柔性电极方向的合作研究。合作者负责制备柔性贴片并将其卷成微纤维，在贴片上快速喷涂多个通道，形成多通道电极微纤维。

我们在微纤维上添加磁性材料，使其能够在磁场驱动下运动。

这是我们制备的微纤维，可以看到多通道结构和磁性材料。我们在大鼠中进行了测试，成功记录了脑电图（EEG）信号。我们还进一步测试了"神经导丝"（我们称之为"神经线虫"）在兔子血管系统中的运动能力。兔子实验中，导丝在磁场引导下沿脊柱内的血管移动，我们利用磁场控制方向，避开血管壁、避免损伤。

这是我们获取的多通道信号数据，以及植入过程的DSA图像。更多细节可以参考我们已发表的论文。

06

磁流体左心耳封堵：流体力学突破商用封堵器的局限

还有一项工作是关于磁流体用于左心耳封堵。房颤患者通常需要接受左心耳封堵手术。

房颤患者通常需要接受左心耳封堵手术来预防中风。目前使用的是商用封堵器，一般为圆柱形。但每个人的左心耳形态差异很大，类型繁多，商用封堵器无法做到完美适配。一旦出现渗漏，就可能形成血栓，血栓随血流进入大脑就会引发中风。与临床医生讨论后，我们提出用磁流体来封堵左心耳。因为它既然是流体，就能完美贴合所有形态的左心耳。

这是我们的磁流体在磁场作用下克服重力运动的演示。我们在极高的血流速度下进行了测试：左心耳内的血流速度可达每秒一米。如果没有磁场辅助，磁流体会在瞬间被冲走。我们将磁性部件集成到导管中，在磁场引导下，磁流体能够精准进入左心耳。这是体模实验结果：磁流体在磁场下转化为凝胶，一侧实现完美封堵，另一侧无任何渗漏。

随后我们开展了动物实验，共11头猪。这是实验装置和封堵器的工作状态。我们用这套装置将磁流体注入左心耳内部。首先注入造影剂，可以看到造影剂很快被血流冲走；接着注入磁流体凝胶，它能够稳定地停留在原位。

以下是对比结果。第一行是商用Watchman封堵器，可以看到它与肌肉组织直接接触，可能造成损伤。而磁流体作为流体，转化为磁性凝胶后非常柔软，对左心耳组织没有任何损伤。更重要的是，我们实现了完美封堵，无任何血栓或渗漏。第一头实验猪至今存活已约两年，健康状况良好。术后随访中未发现任何渗漏，磁性凝胶始终稳定保持在原位。

07

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