形似創(chuàng)可貼的機(jī)器人,，可在磁場(chǎng)控制下在人體內(nèi)移動(dòng),。

　　1966 年，一部電影《奇異的旅程》獲得了奧斯卡獎(jiǎng),，它講述了 5 名醫(yī)生將自己縮小,，進(jìn)入患者體內(nèi)，進(jìn)行手術(shù)治療的故事,。這個(gè)在 50 多年前看似天馬行空的想象,，現(xiàn)在科學(xué)家們正在研究如何將其變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)，當(dāng)然不是將人縮小，而是讓微型機(jī)器人進(jìn)入人體內(nèi),，進(jìn)行各種操作和治療,。

　　“我們研究的目的就是瞄準(zhǔn)了未來的創(chuàng)傷很小或者微創(chuàng)手術(shù)，”德國馬普智能系統(tǒng)研究所的研究人員胡文琪說,。不過如何穿越人體內(nèi)復(fù)雜的各種環(huán)境,，對(duì)僅有毫米甚至微米大小的機(jī)器人來說是非常艱巨的任務(wù)?！拔覀儸F(xiàn)在做的微型機(jī)器人,，展現(xiàn)了在各種環(huán)境、各種表面良好的運(yùn)動(dòng)能力,，這使得它具備了適應(yīng)人體內(nèi)部復(fù)雜環(huán)境的潛力,。”

　　胡文琪與他的團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)制作的微型機(jī)器人外表看起來非常普通,，就像一塊黑色的超微型“創(chuàng)可貼”,，長度和寬度分別僅為 3.7 毫米和 1.5 毫米，其制作工藝看上去也簡(jiǎn)單的如女生自制面膜,。然而,，在磁場(chǎng)控制下，它可以完成各種規(guī)定動(dòng)作,，在液體環(huán)境中游泳,，在固體環(huán)境中或走、或爬,、或翻滾,、或跳躍，在管道中穿梭,，它甚至可以撿起一個(gè)小小的物品,，并將其送至指定位置，這樣的運(yùn)動(dòng)能力是此前的微型機(jī)器人所不具備的,?！按饲暗奈⑿蜋C(jī)器人大多能夠完成一至兩種動(dòng)作，而我們的機(jī)器人可以完成七種動(dòng)作,?！焙溺髡f。近期,，胡文琪作為第一作者,，在《自然》期刊中，發(fā)表了其研究成果,。

　　源自大自然的靈感

　　在胡文琪所在的德國馬普智能系統(tǒng)研究所,，從大自然的生物中找尋解決問題的靈感是常有的事情,，有的人觀察貓、狗,、蝙蝠等體型偏大的動(dòng)物,，有人從小小的細(xì)菌運(yùn)動(dòng)中獲取靈感。胡文琪此次對(duì)微型機(jī)器人的設(shè)計(jì)也基于對(duì)各種生物運(yùn)動(dòng)的觀察和研究,。

　　當(dāng)小小的微型機(jī)器人完全浸沒在水中時(shí),，它的泳姿與水母非常相似；在規(guī)則的表面上,，機(jī)器人可以快速的滾動(dòng),，就像毛毛蟲在逃離它的捕食者；當(dāng)處于不規(guī)則表面時(shí),，機(jī)器人又會(huì)模擬尺蠖的步伐,，先用前端支地，調(diào)整角度后拉動(dòng)后端前移,，再用后端支地，重新舒展前端,；在狹小的管道中,，機(jī)器人會(huì)像毛毛蟲一樣波形振動(dòng)，穿梭而過,；在遇到障礙物時(shí),，機(jī)器人像線蟲一樣形變跳躍。

　　對(duì)生物運(yùn)動(dòng)的模擬,，讓外表樸素的機(jī)器人獲得了在不同介質(zhì)中的超能力,。“以前的微型機(jī)器人大多是在一種介質(zhì)中,，比如在水中,。”然而看似平常的水面,，對(duì)于微型機(jī)器人來說卻有如泰山壓頂,。“液體表面具有強(qiáng)大的張力,，很多微型機(jī)器人一旦到了界面,，就‘犧牲’了?！痹诓煌慕缑孢\(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換,，是這個(gè)小小機(jī)器人獨(dú)具一格的特點(diǎn)。

　　僅從物理性質(zhì)來說,，人體內(nèi)除了固液氣及其界面這些環(huán)境之外,，還有更多復(fù)雜的環(huán)境,，比如胃中的顆粒狀介質(zhì)。在接下來的工作中,，胡文琪會(huì)繼續(xù)從動(dòng)物中獲取靈感,，實(shí)現(xiàn)更復(fù)雜環(huán)境的運(yùn)動(dòng)能力。

　　體內(nèi)治療

　　“我們做微型柔性機(jī)器人,，瞄準(zhǔn)的更遠(yuǎn)期目標(biāo)是創(chuàng)傷很小或者微創(chuàng)手術(shù),。”胡文琪說?，F(xiàn)在,，很多手術(shù)依然需要開比較大的創(chuàng)口，比如腫瘤的切除術(shù),，不僅給人體造成較大的影響,，而且術(shù)后恢復(fù)也是一個(gè)漫長的過程?！拔覀儓F(tuán)隊(duì)所設(shè)想的是,，未來可能不需要這樣了，手術(shù)不可能永遠(yuǎn)這樣下去,，要有所發(fā)展,，”胡文琪說，“我們希望讓這種小型化的機(jī)器人通過人體的一個(gè)很小的開口進(jìn)入,，比如在心血管系統(tǒng)中,，可以直接注射到血管里面，讓它直接作用到希望的位置,，進(jìn)行治療,。”

　　目前,，很多美國,、歐洲的醫(yī)生已經(jīng)開始對(duì)此產(chǎn)生興趣。他們所想到最簡(jiǎn)單,，也是最早能夠現(xiàn)實(shí)使用的是藥物的遞送,，“比如消化道醫(yī)生，他們希望將這個(gè)小機(jī)器人做成像海綿一樣的結(jié)構(gòu),，也就是在我們現(xiàn)在的基礎(chǔ)上,，有一些吸附能力，將藥物吸進(jìn)去,，通過運(yùn)動(dòng),，進(jìn)入到胃里或者消化道?！睆默F(xiàn)在醫(yī)學(xué)角度來說,，藥物需要經(jīng)過體內(nèi)的層層關(guān)卡才能夠達(dá)到靶向位置,，在此過程中藥物劑量產(chǎn)生大幅度衰減，使得最終到達(dá)靶向位置的藥物劑量不足,，無法實(shí)現(xiàn)治療效果,。“未來可以讓機(jī)器人到達(dá)指定的位置,，然后將藥物釋放出來,。”胡文琪說,。

　　模擬在胃部的運(yùn)動(dòng)

　　而且,，我們的機(jī)器人可以通過傳統(tǒng)的醫(yī)學(xué)影像設(shè)備進(jìn)行觀察，這樣可以跟蹤機(jī)器人在人體內(nèi)部所處的位置和動(dòng)作,，并對(duì)其進(jìn)行相應(yīng)控制,。“由于核磁共振設(shè)備提供了磁場(chǎng),，我們的機(jī)器人也是磁驅(qū)的,，所以我們暢想的未來是，當(dāng)機(jī)器人進(jìn)入人體后,，核磁共振設(shè)備不僅可以用于影像學(xué),，它同時(shí)還可以做一些治療，這是我們下一步要做的工作,。”

　　每個(gè)手術(shù)都有固定的流程和固定的需要,，“我們希望這個(gè)機(jī)器人可以根據(jù)每種疾病的情況,，對(duì)治療流程進(jìn)行優(yōu)化，讓治療效果更好,，讓病人的痛苦更小,。”胡文琪說,。

　　自制面膜般的制作過程

　　“我們現(xiàn)在還沒有過多的研究制作工藝,，而是將精力更多的放在運(yùn)動(dòng)能力的研究上?！焙溺髡f,。目前，胡文琪團(tuán)隊(duì)所研制的微型機(jī)器人使用的材料是具有生物可容性的硅橡膠,，內(nèi)置平均直徑 5 微米的磁性釹鐵硼微粒,。目前，它的制作過程有點(diǎn)類似于女生自制的面膜,。制作之后的微型機(jī)器人長 3.7 毫米,，寬 1.5 毫米,，厚度約為 185 微米。

　　“下一步我們想把這個(gè)機(jī)器人做的更小一些,，做成亞毫米,、幾百微米?！焙溺髡f,，“同時(shí)，我們也在尋找其它的軟性材料,，類似于海藻膠這樣的提取自動(dòng)物,、植物的材料是下一步我們計(jì)劃使用的?！?/p>

　　未來,，胡文琪和他的團(tuán)隊(duì)不僅將研究如何將微型機(jī)器人做的越來越小，他們還希望微型機(jī)器人在完成它的使命之后可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)降解,。到那時(shí),，或許就真的可以實(shí)現(xiàn)人體內(nèi)的“奇異旅程”了。