讓機器人醫(yī)生鉆進(jìn)你的體內(nèi)看病？這個異想天開的主意正逐步成為現(xiàn)實。用微型機器人實現(xiàn)藥品傳送、外科手術(shù)、智能植入、動態(tài)環(huán)境分析……未來指日可待。

如果沒有后文的解釋，那么下面這幅場景一定非常古怪：2006 年 10 月，在蒙特利爾的一個寒冷的深夜里，一些工科學(xué)生和他們的導(dǎo)師 Sylvain Martel 圍坐在一間房間里，通過核磁共振機觀察一只因為被麻醉的豬。肅靜的氣氛不時被喘息和掌聲所打斷。

一位醫(yī)院技師用導(dǎo)管在豬的頸動脈注射了一顆鋼珠，與圓珠筆筆尖的鋼珠大小相仿。經(jīng)過幾分鐘毫無動靜的艱難等待之后，人們在電腦屏幕上觀察到，鋼珠開始跳動，而且跳躍軌跡與實驗團隊之前標(biāo)繪出來的一模一樣。

在活體生物的血管中無線操縱物體，這還是頭一回；而對于微型自動機器領(lǐng)域來說，這可謂是新紀(jì)元的曙光——雖然規(guī)模要小得多，但這一成就依然不亞于登月成功。

全世界范圍內(nèi)的眾多研究團隊，目前正致力于相關(guān)概念驗證的研究，意在取得更大的進(jìn)步：在未來開發(fā)出微型機器人，在大到動脈、小到毛細(xì)血管的活體血管中都可以自由行動，而當(dāng)前很多必須要通過開刀手術(shù)才能實現(xiàn)的醫(yī)療操作，也可以由微型機器人來完成。

已經(jīng)問世的機器人醫(yī)生

Martel 博士在科技雜志 IEEE Spectrum上發(fā)表的一篇論文中指出，現(xiàn)在已取得的進(jìn)步可以用來治療癌癥；在治療過程中，機器人可以被用來向腫瘤部位直接施放藥物，從而只殺死癌變細(xì)胞，不影響到其他健康的細(xì)胞。

但要實現(xiàn)此項醫(yī)療應(yīng)用的挑戰(zhàn)也是復(fù)雜多樣的。Martel 指出，解決這些挑戰(zhàn)「需要諸多學(xué)科的通力協(xié)作」。血液是具有粘性的，而讓這么小尺寸的機器人能夠自由地在血液里流動，是物理學(xué)的難題；而微型機器人的動力供應(yīng)和電腦成像，則是工程學(xué)的挑戰(zhàn)。此外還有生物學(xué)的問題：由于機器人可能最終無法從人體中取出，所以制作機器人的材料，不僅需要對生命無毒害，而且最好還是人體能夠自行降解的。

多倫多大學(xué)的機械工程學(xué)教授 Eric Diller 告訴我（本文作者：Elizabeth Armstrong Moore），當(dāng)下科技尚不能制造出滿足尺寸要求且還能正常工作的微型機器人。即使科技經(jīng)過發(fā)展做到了這一部分，也沒辦法為機器人提供充足的動力，況且也還制造不出來足夠小的機器元件。不過，研究人員取法自然：他們參照細(xì)菌，設(shè)計出了仿生微型機器人。

「細(xì)微生物所體驗到的環(huán)境，與我們這些大體積生物感知到的全然不同，」Diller 博士指出：「如果是小生物在水里游泳，那么水面看上去就會很濃稠，所以小生物在水里游泳的方式就勢必和我們不同。比如很多種類的細(xì)菌都是用鞭毛游泳的，而我們也看到，魚類比細(xì)菌大得多，它們的游泳方式就不同于細(xì)菌。

在今年的早些時候，Diller 的團隊公布了他們最新的研究進(jìn)展：他們制造出了只有一毫米大小的機器人，并為之配備了兩只機械臂，通過磁場力來驅(qū)動和控制。這樣，多個機器人就可以搭成一座橋。Diller 指出，微型機器人并非只能應(yīng)用于傳送藥品；它們甚至可以在人體的脈管系統(tǒng)和器官里修復(fù)生理組織。

有肌肉的機器人

伊利諾伊大學(xué)厄本那—香檳分校的本科生 Caroline Cvetkovic 正在做一項與上文相似的工程項目——讓機器人用自己的肌肉行走。Cvetkovic 的團隊先是用水凝膠制作微型機器人的脊柱，然后再利用骨骼肌細(xì)胞的電子脈沖，讓機器人動起來。

「我們仿照許多哺乳動物身上的肌肉-筋腱-骨骼生理系統(tǒng)而為機器人設(shè)計了這一系統(tǒng)，」Cvetkovic 用電子郵件向我闡釋原理：「該系統(tǒng)不僅合乎生理原則，還模仿生物使用能量的方式來發(fā)力和行動。以人體為例，當(dāng)一塊肌肉收縮時，力量會通過相連的肌腱傳送到骨頭上。而我們的仿生機器人，當(dāng)肌肉細(xì)胞收縮（通過電刺激的方式）時，該動作會產(chǎn)生一種向內(nèi)的力，經(jīng)橫向骨骼傳送至縱向骨骼。由于機器人的骨骼是由柔韌的水凝膠制成的，因此在力量足夠大的時候，骨骼可以彎曲變形。如果一根縱向骨骼（或者說是機器人的一條『腿』）比另一根縱向骨骼（腿）更長，那么前者比后者移動的幅度就更大，因而我們就可以觀察到仿生機器人的定向移動（比如走路）。

Cvetkovic 預(yù)想：「未來將會制造出一批可用于醫(yī)療的生物機器人，具備藥品傳送、外科手術(shù)、智能植入、動態(tài)環(huán)境分析和其他數(shù)不清的應(yīng)用功能?！?

Robert Woods 是一位電氣工程師，他建造了哈佛大學(xué)微型機器人實驗室，同時也是《國家地理》雜志 2014 年新人探險家之一。他認(rèn)為，機器人技術(shù)的未來方向，不僅僅僅是尺寸小，還要取法自然，增強柔韌性。

Woods 正致力于研究一種機器蜜蜂。這種一次性使用的機器蜜蜂成本低廉，用途包括農(nóng)作物授粉、從事搜救行動，以及探測危險物品。Woods 指出：「如果你想制作出一種會飛的東西，在大自然里，現(xiàn)有的就有幾十萬種制作方法了。但我們不是大自然的搬運工。我們一直在努力理解生物的結(jié)構(gòu)、活動和行為背后的來龍去脈，并且將之轉(zhuǎn)譯為工程學(xué)的語言。」

就在上周，歐洲和以色列的一個科學(xué)家團隊宣稱，他們通過模仿扇貝，在解決微型機器人自主行動的問題上又邁進(jìn)了一步。他們的研究成果發(fā)布在期刊 Nature Communications 上。研究成果表明，該團隊用生物工程技術(shù)制作出的扇貝只有零點幾毫米大，可以在人的眼球里游動。在該研究成果中，真正的進(jìn)步，在于機器人確實能夠自行游動。和目前很多機器人模型一樣，扇貝機器人以外在的磁場力為動力；但和現(xiàn)在已經(jīng)制造出的微型機器人不同的是，扇貝機器人是通過向內(nèi)部輸入能量來實現(xiàn)運動，而非從外部拖拽著前行。

將時間回溯到 1959 年，諾貝爾物理學(xué)獎得主 Richard Feynman 做了一場著名的演講。在演講中，他描述了他的一位朋友的「異想天開」，即「如果你能把醫(yī)生吞下去，讓醫(yī)生在體內(nèi)動手術(shù)的話，那一定非常有意思?！笷eynman 給設(shè)立在加州理工學(xué)院的美國物理學(xué)會提了一個問題：「怎樣可以制造出那么小的機械？這個問題歸你們了?！?

在數(shù)十年后的今天，來自不同學(xué)科領(lǐng)域的研究者們?nèi)匀辉谂鉀Q該問題，但是曾經(jīng)的幻想在今天看來不再是異想天開了。機器醫(yī)生可以通過注射而非吞咽的方式進(jìn)入人體，不過它的尺寸比 Feynman 自己描述的還要小，而且或許會比我們所能想象到的更靈巧。

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