2017年上海暑期中小学生读书活动科技作品.DOC

2017年上海市暑期中小学生读书活动科技作品蚯蚓形血栓清洁机器人课题研究方向：创意设计作 者：上海市杨浦区同济小学 寿乐颖指导教师：上海市杨浦区同济小学 寿庆国摘 要奶奶脑梗复发，脑中有大面积新的血栓形成，经就医治疗半年后，奶奶还是瘫痪了，所有生活行动只能靠别人伺候。每次看到奶奶痛苦的样子，我就一直追问爸爸妈妈脑梗是怎么形成的？怎样可以把奶奶治好？医生说，奶奶是脑梗，脑部有条血管被堵塞了，血液流不过去，旁边负责运动的脑神经因为缺血受到影响，所以奶奶运动受阻了，不能站立了，奶奶以后都只能坐轮椅。看到科幻片机器人总动员中WALL.E不停的在清除地球的垃圾，我非常喜欢WALL.E,因为他勤勤恳恳几百年一直收集和压缩地球上的垃圾，直至地球的环境系统重新达到生态平衡。我就想能否发明一个血栓清除微型机器人，取名为血栓清洁工WALL.E，功能非常强大，把奶奶血管中的血栓都清除了，让奶奶成为一个健康人。在未来，科技发展到一定程度，可以设计制造出很小的机器人，我所设想的血栓清洁工WALL.E，形状有点像蚯蚓，所以起名为蚯蚓形血栓清洁机器人。其形状设计为蚯蚓，就是利用了蚯蚓柔性的特点，如果遇到不同直径的血管，蚯蚓形机器人可以螺旋形绕成直径大小不同的螺旋形，来增大工作效率清除不同直径血管中的血栓，如遇到堵塞的血管，采用像盾构机一样的方式，把堵塞的血管挖通，挖下来的血栓压缩，固体部分储存仓库里；遇到变窄的血管，WALL.E把携带的血管支架支撑在血管窄处，让血管变粗，增加血液流通能力。蚯蚓形血栓清洁机器人的工作方式如下：它沿着血管爬来爬去，一直到血管堵塞的地方，尽可能的贴着血管壁旋转着向前运动,不管是钻在粗血管还是钻在细血管中；WALL.E身上长了很多嘴，平时都收在身体里，遇到血栓就把嘴伸出来，随着身体的旋转着向前，嘴巴就像挖掘机一样的把血栓啃掉了。啃掉的血栓被吃到WALL.E体内，进行压缩，液体返回血液中，固体存储在体内，随着清除工作结束时带出体内。这样，它就能处理很多的血栓而不用去卸货。 世界卫生组织的报告显示，脑卒中是世界范围内仅次于冠心病与癌症第三位死亡原因。在我国，脑梗塞是目前致残率第一、致死率第二的高发疾病，每年全国新发病例250万，每年死于脑梗塞的病人达150万。如果血栓清洁工WALL.E这项创意设计得以实现，可以挽救脑梗病人，减少该病的致残率及死亡率，挽救更多的生命，使更多的人健康的生活，节省近年我国每年用于脑梗的直接经济支出已近300亿元，减轻脑梗带给个人及家庭和社会的严重负担。 关键词：脑血栓 机器人 蚯蚓 一、来源背景我4周岁时，奶奶脑梗已经12年，走路颤颤巍巍，由于在老家无人照顾搬到上海和我们一起住，当时很害怕奶奶摔跤。2011年，我5周岁，奶奶脑梗复发，脑中有大面积新的血栓形成，经就医治疗半年后，奶奶还是瘫痪了，所有生活行动只能靠别人伺候。每次看到奶奶痛苦的样子，我就一直追问爸爸妈妈脑梗是怎么形成的？怎样可以把奶奶治好？医生说，奶奶是脑梗，脑部有条血管被堵塞了，血液流不过去，旁边负责运动的脑神经因为缺血受到影响，所以奶奶运动受阻了，不能站立了，奶奶以后都只能坐轮椅。看到科幻片机器人总动员中WALL.E不停的在清除地球的垃圾，我非常喜欢WALL.E,因为他勤勤恳恳几百年一直收集和压缩地球上的垃圾，直至地球的环境系统重新达到生态平衡。我就想能否发明一个血栓清除微型机器人，取名为血栓清洁工WALL.E，功能非常强大，把奶奶血管中的血栓都清除了，让奶奶成为一个健康人。二、科学原理在未来，科技发展到一定程度，可以设计制造出很小的机器人，蚯蚓形血栓清洁机器人利用小型机器人体积小，可以在血管中自由行走，碰到血管中有血栓的地方就像挖掘机一样把血栓从血管上挖开，利用自身携带的溶栓剂直接溶解清除血栓，挖掘不了的地方，用激光将其熔化，还可以将神经进行重新焊接，替换损坏部分；如果血管挖破了，就用修补剂来修补血管；如果血管狭小，它可以在这个地方扩张，把血管撑粗，留在尾部一节做扩张支架，发挥支撑的作用；如果血管堵的太厉害，无法疏通，它可以从这边血管钻出去，绕开栓塞部分，到栓塞的后面，然后用自身把两边连起来。做成一个血管桥。从目前所做的中文查新只发现相关文献四篇，其中有三篇为同一发明人申请的三项专利，也只停留在创意，相关文献1、2、3说明书中公开了的机器其工作原理都是利用血液的流动来过滤血液中的血栓，去除不了血管壁上附着的血栓。而本创意就是去除血管壁上附着的血栓，所以有本质上的区别。相关文献4为一篇新闻报道，韩国研究人员开发出一种由外部磁场驱动的“血管机器人”，目前只能在猪的粗血管内自由移动并旋转疏通堵塞的血管，清除血栓。本创意是自带动力可以自由的再粗细血管自由切换运动来清除血栓的，两者还是有很大的区别的。查新报告的结论如下：可见目前国内公开报道的相关文献，集中于研究血管机器人的驱动方式。本查新项目拟研究一种“带有帆和舵的空心蚯蚓”外形的血栓机器人，利用心脏跳动的力量和自身携带的内部电池，以及外部的微波辐射三种能源驱动其工作，并带有挖掘机、激光头、溶栓剂、治疗剂、修补剂等多种功能制剂进行相应治疗，同时还具有血管支架和搭桥的功能。该查新项目从外形、能源动力、治疗工具、治疗模式四个方面进行了设想，创意新颖，在上述检索范围内，未见有与该项目的查新点相同的文献报道。三、设计思路我的设计创意口号为：清除血栓，WALL.E上场，遇塞挖通，遇窄撑架，健康生活，快乐梦想！ 我所设想的血栓清洁工WALL.E，形状有点像蚯蚓，所以起名为蚯蚓形血栓清洁机器人。其形状设计为蚯蚓，就是利用了蚯蚓柔性的特点，如果遇到不同直径的血管，蚯蚓形机器人可以螺旋形绕成直径大小不同的螺旋形，来增大工作效率清除不同直径血管中的血栓，如遇到堵塞的血管，采用像盾构机一样的方式，把堵塞的血管挖通，挖下来的血栓压缩，固体部分储存仓库里；遇到变窄的血管，WALL.E把携带的血管支架支撑在血管窄处，让血管变粗，增加血液流通能力。 蚯蚓形血栓清洁机器人的工作方式如下：它沿着血管爬来爬去，一直到血管堵塞的地方，尽可能的贴着血管壁旋转着向前运动,不管是钻在粗血管还是钻在细血管中；WALL.E身上长了很多嘴，平时都收在身体里，遇到血栓就把嘴伸出来，随着身体的旋转着向前，嘴巴就像挖掘机一样的把血栓啃掉了。啃掉的血栓被吃到WALL.E体内，进行压缩，液体返回血液中，固体存储在体内，随着清除工作结束时带出体内。这样，它就能处理很多的血栓而不用去卸货。 蚯蚓形血栓清洁机器人是一个“空心的蚯蚓”，它不能堵塞血管，血液可以从其中间通过；它可以利用心脏跳动的力量，像个小帆船，把它吹到血管堵塞的地方，应该是一个“带帆和舵的空心蚯蚓”；血栓清洁工WALL.E也携带动力，在血液流动缓慢的血管能够自己往前走，尾巴上带螺旋桨，应该是一个“尾巴上带螺旋桨，帆和舵的空心的蚯蚓”。四、实施途径（1）主控制部分 l 自行运动到血栓部位 l 选择最恰当的针对血栓的清除方式，完成后，自行运动到退出区域 l 还能将当前的图像实时传输出去，让医生评估治疗效果。 （2）能源部分 l 剧烈工作时候，需要接收外部的微波辐射，产生能量，驱动机器人。 l 内部电池能量。机器人应该带有一个小电池。完成最基本的一些活动。 （3）治疗工具 l 挖掘机。把血栓挖开，让血液重新流动。 l 溶栓剂。让血栓直接溶解，但携带量有限 （4）治疗模式l 挖掘机模式 通过挖掘机模式，激光头模式，溶栓剂模式，完成血栓的疏通。 通过治疗剂，激光头，修复受损的神经组织。 l 支架模式 通过挖掘机模式进行修补。 如果发现血管存在狭窄和再次栓塞风险，可以在血管中扩张，留下一节把血管撑粗并永久固定，发挥支架作用。 l 搭桥模式 如确认血管已经无法修补，则可从栓塞前的血管中钻出，绕开栓塞到栓塞后的血管把两边连起来并固定形成血管桥。 五、技术难点（1）机器人体积太小，现有的技术难以加工生产。（2）微型机器人的大范围移动是一个难点。（3）其控制及CPU的微型化也是目前的一个难点。六、设计图片七、使用价值世界卫生组织的报告显示，脑卒中是世界范围内仅次于冠心病与癌症第三位死亡原因。在我国，脑梗塞是目前致残率第一、致死率第二的高发疾病，每年全国新发病例250万，每年死于脑梗塞的病人达150万。中国现有脑梗塞病人750万到800万人。换而言之，我国大概每21秒就有一个人死于脑梗塞，每12秒就有一个新发病例，而且还在以每年8.7%的速度递增，如果不采取有力的防控措施，预计2020年，中国脑血管疾病的人口将增加一倍。在脑卒中发病率及死亡率上，我国远高于欧美国家，属于高发地区。近年我国每年用于脑梗塞的直接经济支出已近300亿元，该病不仅危害人民群众的健康，而且给家庭、给社会带来严重的经济负担。如果血栓清洁工WALL.E这项创意设计得以实现，可以挽救脑梗病人，减少该病的致残率及死亡率，挽救更多的生命，使更多的人健康的生活，节省近年我国每年用于脑梗的直接经济支出已近300亿元，减轻