AI新星系列報道之八 | 俞江帆：由智能驅動的微型機器人，引領微創精準醫療革新
“智慧醫療希望建立安全、有效的現代醫療，微尺度平臺可以通過讓手術更微創、治療更精準、康復更順利、技術更顛覆，來實現智慧醫療的理念。”
——俞江帆
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香港中文大學（深圳）俞江帆教授團隊正通過賦予微型機器人以高度智能化，引領精準醫療的革新。通過融入自適應控制算法與人工智能方法，團隊成功開發了一種可應用于人體內的微型機器人群體系統，讓微型機器人醫生能夠在復雜的人體環境中協同工作，靈活移動和重組，自主做出最佳決策，完成精準微創手術，使得無創精準診療成為可能，有望在未來幫助醫生更精準、更有效地制定治療重大疾病的方案。
香港中文大學（深圳）俞江帆教授團隊正推動由智能驅動的微型機器人技術向精準醫療應用發展，現已在微型機器人領域的多場景應用取得多項突破性成果，成功解決了一些關鍵技術的挑戰。
利用人工智能技術與智能方法，俞江帆教授團隊的研究聚焦于如何讓微型機器人具備高度自主性和智能決策能力，實現動態規劃最佳的活體通路及智能驅動的實時影像導航，完成精準微創手術及智能診斷等任務，并將科研成果應用于微型機器人的結構設計、驅動控制及診療效果驗證中。團隊致力于發展微型機器人的全路徑研究，即功能生物材料設計、優化驅動方法、自適應智能控制策略、顛覆性新醫療平臺開發等部分，為精準醫療提供高效、智能、穩定的技術支持。例如應用在肺部疾病治療中的水凝膠新型機器人平臺，可以實現藥物在支氣管末端的三維定位遞送；借助磁場控制集群運動來實現主動探索策略，可通過重構血管造影為腦卒中治療提供新方案；具備多靶點治療功能的多層結構磁控機器人，開辟了多發性胃潰瘍微創治療的新路徑。
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動態避障技術：賦能自主決策能力
要完成精準、高效的微創醫療，微型機器人集群的自主避障能力至關重要。想象一群“使命必達”的微型機器人，在復雜的人體動態環境中具備像蜂群一般的自動躲避功能，在可見的未來為重大疾病的靶向治療和腦血管患者提供治療。
受雷達概念的啟發，俞江帆團隊提出了基于分層雷達的動態避障控制策略，能夠決策出微型機器人集群任一時刻的最優運動方向，同步保障避障穩定性與遞送高效性。基于這一技術，集群能夠在多個動態障礙物中無碰撞穿梭，以及在具有多種動態障礙物的迷宮中自主避障，最終到達目標位置。該成果發表于《IEEE Transactions on Robotics》2023年第4期。
微型機器人集群動態避障算法與實驗結果
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水凝膠微型機器人集群：助力肺氣管靶向遞送
想象一群可以在患者的支氣管內如變形金剛一樣可以隨時解體并自由組合的“快遞員”，既能為醫生提供醫學影像數據和三維定位及導航，還能快速精準地將藥物輸送到指定病灶，讓呼吸道疾病治療實現“指哪打哪”的精準打擊，這就是俞江帆團隊開發的水凝膠微型機器人集群。
呼吸系統疾病的精準治療依賴于高效的靶向遞送技術，而傳統遞送方式因精準度不足和支氣管鏡操作的局限性，導致治療效果受限。為突破這一瓶頸，俞江帆團隊開發的水凝膠微型機器人集群能夠在充滿空氣的復雜支氣管環境中高效運動與自適應重構，并結合醫學影像數據引導的路徑規劃方法，實現活體中的三維精準定位與導航，實現藥物的精準遞送與釋放。通過結合AI算法，機器人集群在復雜生理環境下的自主決策能力將進一步提升，從而加速肺部智能化精準治療的臨床轉化。該成果發表于《Science Advances》2025年第11期。
活體豬支氣管內的集群遞送
基于CT成像的肺部深處集群遞送
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主動探索策略：助力疾病關鍵區域血管造影
當血管發生“交通擁堵”時，一群微型機器人將奉命化身為“前方記者”及“交通疏導員”，為醫生提供實時的血管三維地圖，突破傳統血管造影技術的局限，這就是利用磁場控制集群運動的主動探索策略在微創醫療的其中一種應用方式。
血管造影是介入治療中的關鍵技術，但傳統造影方式依賴造影劑被動擴散，在血流緩慢或逆流受限的血管區域，成像質量常受嚴重影響。針對這一挑戰，俞江帆團隊提出了一種基于微型機器人集群的主動探索與腔道結構重建策略，利用磁場控制集群運動，定義全局探索優先策略，并確立局部探索方向判定的多維邏輯，實現復雜三維血管網絡的精準造影與結構重建。該策略可輔助醫生精準定位血栓、狹窄部位及滲漏點，在缺血性腦卒中、門靜脈栓塞、淋巴管瘺等疾病中將發揮巨大作用。該成果發表于2025年《Nature Machine Intelligence》。
淋巴管網絡模型內的集群主動探索驗證
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磁控軟體機器人智能化設計：推動胃部多靶點貼附
想象一下胃部也有了想貼哪里就貼哪里的“創可貼”，醫生的手術時間將大大縮短。通過體外磁場遙控，既能牢牢吸附在潰瘍表面，又能逐層多點貼敷的醫療“創可貼”，便是俞江帆團隊開發的磁控軟體機器人。
針對多發性胃潰瘍的治療，俞江帆團隊開發了一種有磁性相互作用力弱耦合的多層結構軟體機器人。結合材料界面設計、層間磁相互作用調控與智能磁力調控策略，可實現組織按需粘附及逐層剝離，最終對胃部多個病灶的按需粘附，該機器人的功能已在活體豬實驗中成功驗證，為多發性胃潰瘍的微創精準治療提供了全新方案。該成果發表于《Nature Communications》2024年第1期。
多靶點貼附策略的體外驗證
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俞江帆教授科研團隊的核心力量來自于港中大（深圳）培養的博士生們，他們的成長也見證了大學在人才培養上的成功探索。博士生陳輝、王一斌、劉岳臻、方凱文是其中的典型代表，在微納機器人集群自動控制、功能化微機器人集群靶向遞送、驅控影像一體化裝置設計等領域不斷開拓創新，潛心鉆研。
在人工智能加速創新的背景下，港中大（深圳）正憑借其科研團隊的研究成果和優質的師資力量，繼續在人工智能領域深耕細作，也為科學研究、教育模式變革以及技術產業化貢獻更多智慧。
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青年教授簡介
俞江帆
校長青年學者
香港中文大學（深圳）理工學院助理教授
教育背景：
學士：哈爾濱工業大學
博士：香港中文大學
研究領域：
微型機器人、新一代醫療機器人
俞江帆是香港中文大學（深圳）理工學院助理教授、校長青年學者、深圳市人工智能與機器人研究院（AIRS）微型機器人中心主任。他是國家高層次青年人才，主持國家重點研發計劃青年科學家、國家自然科學基金、廣東省面上、深圳市重點等項目。他是AIRS-招商局醫療機器人未來產業聯合實驗室學術帶頭人，擔任CCF智能機器人專委會執行委員、IEEE高級會員。他的研究主要集中在醫用微型機器人領域，至今發表了70余篇頂級期刊及會議文章、2本專著，發表文章包括Nature Machine Intelligence、Science Advances、Nature Communications、IJRR、TRO、Advanced Materials等。他獲得了多個有影響力的獎項，包括IEEE RAS Early Academic Career Award、IROS 最佳學生會議論文獎，國際基礎科學大會前沿科學獎、吳文俊人工智能科技獎自然科學獎二等獎、中國電子學會自然科學二等獎、百度全球華人AI青年學者、IEEE 3M-NANO Rising Star Award。他擔任Science Robotics, Science Advances, Nature Communications, PNAS等多個頂級期刊和會議的審稿人。?
