华中科技大学电气学院无限磁控团队：为胃肠道疾病无痛诊疗贡献中国青年力量

一颗小小的“胶囊”，病人仰头一口吞下。“胶囊”居然没有“随波逐流”地乱跑，而是带有“使命感”的精确定点抵达肠胃某处。难道是“胶囊”长了眼睛和腿脚？原来，这颗“胶囊”的全名是磁控软体胶囊机器人——通过外部磁场控制，医生可以精确地操控机器人到达胃肠道的任意位置实施医疗功能。

我校电气学院无限磁控团队，瞄准胃肠道疾病无痛无创诊疗的重大需求，致力于磁控胶囊机器人技术革新与功能突破，首次将磁控软体机器人技术引入到胶囊设计中，打破传统内置刚性永磁体的设计模式，开发出首个集图像诊断、定点采样与靶向给药等功能于一体的磁控软体胶囊机器人，拥有从胶囊本体设计、磁驱动装置开发到机器人系统集成的全链条自主研发能力。在中国国际大学生创新大赛（2024）总决赛上，团队凭借着国际首创诊疗一体化多功能磁控胶囊机器人这一项目，获得大赛金奖。

胶囊机器人可以通过口服方式抵达胃肠道病灶区域实施医疗功能，为实现胃肠道疾病无痛无创诊疗和提高患者依从性提供了重要途径。其中，磁控胶囊机器人技术因其驱动方式具有非接触、穿透性能好和控制模式丰富等优势而被认为是最理想的胃肠道疾病诊疗手段之一。然而，受制于有限的胶囊空间结构和复杂的胃肠道环境，在小型化和功能化应用需求下，磁控胶囊机器人本体结构设计及外部磁驱动策略开发等均面临巨大挑战。

团队的研究方向最早起步于磁控软体机器人，其灵活且丰富的变形运动能力让大家看到了其在人体医疗领域的潜在应用价值。经过深入的临床调研和反复探索，团队成功将磁控软体机器人技术引入到胶囊机器人领域，提出了全新的技术路线——磁控软体胶囊机器人，破解了磁控胶囊机器人小型化、功能化难以兼顾瓶颈，实现了胶囊机器人“诊断”和“治疗”功能的双重集成与技术革新。

依托于电气学院、国家脉冲强磁场科学中心以及同济医学院附属协和医院等单位，在曹全梁、蔡开琳、许文立、韩小涛、宋恩民、李亮等老师的指导下，团队在技术研发和临床应用等方面积累了丰富的知识和经验储备，为磁控胶囊机器人技术的革新与功能突破奠定了坚实的基础。

团队成员、电气学院博士生孙宇轩介绍，在参加这次比赛之前，研究团队就在不断进行产品迭代，并陆续参加了机器人领域专业方面的多项顶级赛事，积累经验，再稳扎稳打向临床应用转化。

大家不满足于仅仅在实验室里做研究，而是希望能够更好的将成果应用到实践中。在这样热切的想法驱动下，团队始终精益求精、紧跟业界前沿，不断将研究推向更深层次的领域。

业界现有的磁控胶囊机器人主要采用内置永磁体的赋磁设计模式，普遍存在体积大、载药比低以及医疗功能单一等问题，实际应用范围和疗效都受到极大限制。磁控软体机器人技术的提出为破解受限胶囊空间内部件集成难题、实现胶囊机器人的微型化和多功能化提供了全新思路。

同时，研究团队进一步对胶囊机器人结构和拓展功能进行了探索，实现胶囊机器人动能、光能、热能多能交互的无内源模块化设计与功能集成。这种创新设计不仅拓宽了胶囊机器人的应用范围，还显著提高了其在生物医学场景中的灵活性和可控性。

作为医工交叉项目，团队一开始就把学科交叉前沿作为研究的目标，充分引导学生与其他学科团队进行积极沟通，通过多学科交叉，让不同领域、不同专业的知识相互交融。在团队中，大家明确项目的共同目标，激发团队成员的积极性和创造力，发挥各自学科背景和专业领域的优势，形成了紧密合作的良好氛围，共同为项目的持续推进而努力。

团队成员、来自同济医学院附属协和医院的古俊楠医师主要负责项目中生物实验操作技术的优化。在解决胶囊在胃肠道内精准控制这一复杂难题时，涉及到生物力学和精确工程控制技术的多重挑战。为此，团队广泛查阅相关文献，并在指导老师的帮助下，设计并开展了多轮动物实验。通过不断的实践和优化，团队逐步改进了设备和操作技术，有效提升了胶囊机器人在生物胃肠道中的控制精度。

最终，团队进一步巧妙地设计了胶囊的局部结构，并通过调控外加磁场频率，成功赋予了胶囊机器人四类拓展功能：多重药物释放、粘液清除、磁电和磁热转化激励。这些功能的实现显示出所开发胶囊机器人技术在多药物协同治疗、增强大分子类药物吸收以及光/热辅助治疗等方面均具有重要应用潜力。

团队指导老师曹全梁说，通过参与项目，学生获得了宝贵的学习和发展机会。在开展研究、参与比赛的过程中，学生不断面对考验并一次次战胜困难，对每个人的创新意识和综合能力都是极好的锻炼。

作为团队最强有力的依靠，电气学院持续打造大平台、大团队、大项目、大成果科研生态体系，聚焦学科前沿，发展强磁场、超导电力、核聚变等新兴方向，实现“电气化+”学科交叉融合创新发展。通过建设全国重点实验室和国家重大科技基础设施等大平台，学院与各领域的领军企业共同打造技术创新链，促进科研成果的转化与应用。学院积极引进国内外优秀人才，形成了一支高水平学术队伍，为学科发展和人才培养提供了坚实支撑。

无限磁控团队深耕胶囊机器人技术革新，加速培育高端医疗器械的新质生产力，立志要为胃肠道疾病无痛诊疗贡献更多中国青年力量。

本文来源：华中科技大学；作者：汪泉

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