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作者：泉琳综合报道 来源： 发布时间：2017-6-9 15:1:40
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随着先进技术、新材料技术的快速发展，近年来，世界各国纷纷掀起了新一轮的机器人研发浪潮。
除了在制造业大显身手之外，各种用途的机器人也已渗透到人类生活的方方面面：水下机器人、仿生机器人、家庭服务机器人等也逐渐为公众所熟知。
而在医疗领域，机器人也逐渐开始渗入其中，对医疗行业产生革命性的影响，并开启了智能医疗的新时代。
提及医疗机器人，可能很多人首先想到的便是动画电影《超能陆战队》中那个憨态可掬、温暖治愈的庞然大物——“大白”（Baymax）。在电影中，大白是一个陪伴型个人医疗保健型充气机器人，它可以检测出人类疾病以及受到的伤害，还会想方设法抚慰人们的伤痛。
看过这部电影的人大多都会感慨：好想有个大白。科学家们却实事求是地表示，尽管大白身上的部分功能目前已经得以实现，然而电影中所展示的生活离我们还是太远。
不过，在机器人军团中，微型机器人却是一个特别的存在。随着精准医疗的深入推进以及人工智能技术的发展，微型机器人技术不断取得重大突破，正在改变着人们的生活。
小而强大
当你生病的时候，只要服下一颗包含微型医疗机器人的小药丸，就可以不必忍受打针带来的“皮肉之苦”，轻而易举地解除病痛；外科手术时，微型医疗器人可以让你不再承受传统手术所带来的切肉换骨之痛……
这些一直处于想象中的场景，正在全球研究机构的共同努力下，逐渐变成现实。
医学干预手段越是先进，侵入性就会越低。比方说，过去做减肥手术，需要打开病人的腹腔，从肚脐一直开到隔膜；而现在，这样的手术只需要通过腹腔镜技术，开几厘米大的小口便可完成。但有了微型医疗机器人，连这样的小口都会显得多余。
美国麻省理工学院的研究人员发明了一款微型折叠机器人，其可以在胃里完成简单的手术，而且完全不需要切口或连接外部缆线——病人只需从口中把机器人吞下去就行。
这种微型机器人被包裹在用冰做成的口服含片里，被人服下后会通过食道进入胃里。冰胶囊融化后，机器人会像折纸一样打开。展开后的机器人看起来就像一张有皱褶的纸，材料上的皱褶、缝隙和补丁的位置都是经过精心设计的，它们遇热或受磁场作用时会膨胀或收缩，进而使机器人移动。
这种移动方式与生物体关节和肌肉的运动方式非常类似。外科医生通过外部电磁场影响机器人身上的磁铁，进而控制机器人的运动。机器人也能通过屈伸自己的皱褶，沿着胃壁爬到指定的位置。
这款机器人的主体由生物相容性材料制成——部分材料来自猪的小肠，也是香肠肠衣的材料。这些材料可以使其向体内伤口给药或是像创口贴那样固定在伤口上。
当然，这款机器人的作用还不止这些。它还可以用自带的磁铁“捕捉”并移除异物，比如误吞的纽扣电池等。根据科研人员的调查，每年美国发生误食纽扣电池的事件高达3500多起，而这个微型机器人则可以在不进行外科手术的情况下，从人体消化道中移除异物。
“我的父亲在20世纪70年代得了肾结石，医生们差不多切开了他的半个身体才取出结石。”领导这项研究的麻省理工学院计算机科学和人工智能实验室主任Daniela Rus说道。
这款微型折叠机器人在医疗领域的应用潜力让她感到兴奋：“（微型机器人）还需要很多年才能付诸使用，但一旦投入实用，可以想象它能对这些手术产生多大的影响。”
Rus指出，未来他们计划为微型折叠机器人加入更多的传感器，并且对机器人进行重新设计，使其在不使用外加电磁场的情况下实现自动控制。
精准治疗
微型机器人体型虽小，但能量巨大，其广阔的应用潜力令全世界的科学家们为之努力。
近年来，科学家们一直在尝试开发出能够进入人体，并在特定位置进行给药或者精准手术的微型机器人，为人们的健康谋福祉。
实际上，早在2015年，美国的科研团队就研发出了一种超微型机器人。这款已经通过了美国食品药品监督管理局批准的机器人非常袖珍，甚至没有硬币大。它能够被用在耳朵、支气管、尿道等较小的人体部位，缩小了需要打开的切口。
而由瑞士洛桑联邦理工学院和苏黎世联邦理工大学科研人员研发的一种模仿细菌的微型机器人则具有更多运动模式，其既可以用于体内给药，还可以进行精准的手术操作。
与传统机器人不同，这种微型机器人是柔软而有弹性的，且无需马达驱动，它由生物可相容的水凝胶和磁性纳米颗粒组成。这些纳米颗粒具有两种功能：在制造过程中给微型机器人成形以及让微型机器人在电磁场中移动。
这款微型机器人是科研人员模仿能够引起非洲昏睡病的细菌来制造的，在加热的情况下，微型机器人能够得以展开。这种微型机器人能够进入人体，注射药物，并且可以高精度地执行正确的手术操作，例如堵塞动脉清理以及干细胞培养。
“全新生产方法可以让我们测试一组形状和组合阵列，以及获得在给定任务中的最佳运动能力。我们的研究也在细菌如何在人体内运动及它们如何适应周围环境等方面提供了有价值的见解。”瑞士洛桑联邦理工学院科学家Selman Sakar指出。
深入人体为患者吃药，也是微型机器人的职责所在。哥伦比亚大学生物工程教授Samuel Sia带领团队研发出的一款包裹着水凝胶的15毫米微型机器人正是为此而生。
这款奇特的机器人无需电池或电线驱动，但医生可以在体外精确控制药剂的用量和释放。目前，该研究团队已在患有骨癌的小白鼠身上完成了初步测试，通过对照组对比，能精准进行药物靶向释放的微型机器人确实效果明显。
这款机器人能满足用户个性化医疗的需求。“医生可以根据病人的反应对疗法进行相应的调整。”Sia表示，除了释放药物，未来这套装置还能控制荷尔蒙的释放。
医疗界的AlphaGo
2016年3月15日，谷歌人工智能AlphaGo与世界围棋冠军李世石的人机大战，AlphaGo最终获得了胜利。
AlphaGo的横空出世，可以说对人工智能产生了巨大的冲击。用深度学习和强化学习的结合来判别现在所在的棋盘是好是坏，同时预测未来有利的走向，这是Deepmind团队为AlphaGo的搜索引入的一个新概念。
这一新概念对从事人工智能的科学家而言无疑具有极大的启发性。有人便提出，是否可以在医疗领域重复AlphaGo的成功呢？
比方说在癌症治疗方面，癌症治疗一般是用放射性射线来杀掉癌细胞，而每一个癌症患者所需要的剂量、角度、频次可能都不相同。如果能把所有的相关信息以及治疗结果都记录下来，这样就有了数据、特征以及问题的持续反馈，并且这个过程是可以重复的，这将对于未来人们攻克癌症有极大的裨益。
实际上，相关的应用研究近年来已在国内外悄然开始。德国汉堡飞利浦研究院的科研人员探索出了一种新方法，在磁场的作用下，可以控制微型机器人群体中的任意一个，使其自由运动且不干扰其他微型机器人的运动。有了这项技术，医生可利用这些机器人携带药物，精准地投放在肿瘤区域。
而韩国大邱庆北科学技术院的科研人员则研发出了一种可远程遥控的快速移动微型机器人。这种机器人通过人体血液可以直接将器官所需的治疗药物输送过去。不仅如此，科研人员还设想了可注射微型机器人，它在完成使命后可以在体内无害溶解。
1949年，诺贝尔物理学奖获得者理查德·费曼曾在演讲中这样说过：“如果你能吞下一名外科医生，那么手术将变得有趣而简单。但是我们怎样才能制作出这样微小的外科医生呢？这是我的梦想，我把它留给你们来实现。”
68年后的今天，这个曾经存在于科幻中的美好梦想正在智慧的科学家们手中逐渐变为现实，并不断融入人们的生活。■
《科学新闻》 (科学新闻2017年5月刊 科学传播)
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