2018世界機(jī)器人大會擬于8月15日至19日在北京亦創(chuàng)國際會展中心舉行,。大會以“共創(chuàng)智慧新動能 共享開放新時代”為主題,，由“論壇”,、“博覽會”,、“大賽”,、“地面無人系統(tǒng)展示活動”四大版塊構(gòu)成,。 本屆大賽匯聚了來自美國,、俄羅斯,、德國、日本,、以色列等全球近20個國家和地區(qū)的1萬余支賽隊和數(shù)百名頂尖專家,，共計超過5萬多名參賽選手同臺競技。
在此次論壇中,，瑞士蘇黎士聯(lián)邦理工學(xué)院教授Brad Nelson進(jìn)行主題演講“人類身邊的小伙伴：那些個子雖小卻功能強(qiáng)大的微型機(jī)器人”,。
以下是演講全文：
今天下午我們已經(jīng)講了很久，今天我和大家談的是另外一個領(lǐng)域的機(jī)器人,，叫做微型機(jī)器人,，也會談到納米機(jī)器人、醫(yī)療機(jī)器人在我們實驗室當(dāng)中取得的進(jìn)展,。
我來自瑞士,，一個歐洲中心的小國家，比中國小多了,，但是一個非常美麗的國家,，歡迎大家到我們的國家徒步。我的大學(xué)叫蘇黎士聯(lián)邦理工學(xué)院,，一共有160多年的歷史,。我們是一個科技學(xué)校，也有很著名的科學(xué)家,，我覺得非常有吸引力的一件事情就是有很多的團(tuán)隊成員,，包括多尺度的機(jī)器人實驗室團(tuán)隊。既有搞機(jī)器人的,，也有生物醫(yī)學(xué)工程的,，還有納米技術(shù)的、醫(yī)學(xué)的,、化學(xué)的,、物理學(xué)的專家，我們的團(tuán)隊當(dāng)中的人士是非常多元化的背景,。實驗室做的事情有幾個領(lǐng)域：首先是力傳感和力學(xué)生物學(xué),，我們要了解機(jī)器人怎么和世界,、和環(huán)境產(chǎn)生互動，也要理解這種物理的互動,。今天還會談到微型和納米機(jī)器人,，包括怎樣使用磁力驅(qū)動，其實我是一個搞機(jī)械的,，而不是一個材料科學(xué)家,，但有一個很重要的領(lǐng)域，就是材料與制造,，因為這些對機(jī)器人來說是很重要的,。我們需要有感應(yīng)器，這些感應(yīng)器要放在機(jī)器人的身上,，所以材料和制造也是很重要的,。
剛才說過，醫(yī)療機(jī)器人是一個成功的故事,，我看到了因特網(wǎng)上的廣告,。這是一個醫(yī)院的宣傳語，看到的是一個外科醫(yī)生,，可以看到這個醫(yī)生正在利用機(jī)械臂進(jìn)行外科手術(shù)?，F(xiàn)在不少醫(yī)院已經(jīng)開始使用機(jī)械臂了，比如這是達(dá)芬奇機(jī)械臂,，這個領(lǐng)域醫(yī)療機(jī)器人的發(fā)展非常迅速,，已經(jīng)把機(jī)器人作為醫(yī)院的賣點了，我的母親和親戚在做手術(shù)的時候都接受過機(jī)器人的設(shè)備,。泰勒沃森是約翰霍普金斯大學(xué)的教授,，也是醫(yī)療機(jī)器人非常重要的奠基人，曾經(jīng)說過人類臨床醫(yī)生和基于計算機(jī)技術(shù)之間的協(xié)作將從根本上改變二十一世紀(jì)手術(shù)和介入醫(yī)學(xué)的操作方式,，正如計算機(jī)技術(shù)改變二十世紀(jì)的制造業(yè)一樣,，我覺得說得非常有道理。這不僅僅是機(jī)器人的動物外科手術(shù)的行為,，而且也可以在更廣泛的空間當(dāng)中改進(jìn)治療方案等等,。中國在外科機(jī)器人商用方面做得非常成功，醫(yī)療機(jī)器人看起來利潤也是不錯的,。
更多地給大家介紹下微型機(jī)器人,，早在多年前科幻作品就提到了這一點。1966年好萊塢電影《神奇旅程》當(dāng)中一艘潛艇只有紅血球那么大,，注入到了患者的身體里面,，工作就是拯救病人，建議大家看一看這個電影,。我們從好萊塢電影當(dāng)中獲得了很多啟發(fā),，好萊塢是有一些工程師沒有的優(yōu)勢,，因為他們不用擔(dān)心物理學(xué)的問題，可以隨意想象,，也不用擔(dān)心制造這些產(chǎn)品,，我們要想做微型機(jī)器人必須要考慮這些問題。因為這種機(jī)器人并不廉價,，需要很多的公共投資,，我們在微型機(jī)器人開發(fā)的里程上非常關(guān)注未來的商業(yè)潛力,。我們經(jīng)常會思考的是我們的商業(yè)計劃,，多少人可以從中受益，也要考慮到這個領(lǐng)域的專利持有情況,，最后制定一個可行的商業(yè)計劃,。需要所有的一切因素都整合在一起，最后才能開發(fā)出微型機(jī)器人,。
要做微型機(jī)器人的話,，怎么讓它移動呢？比如把微型機(jī)器人放進(jìn)一個人的身體當(dāng)中是要用電池嗎,？我們要做的一種方式就是磁力驅(qū)動,，核磁共振的磁性驅(qū)動其實是一種非常有效的方法，這里也是有兩種方法：如果有一個磁鐵就像鐵一樣,，它的磁場的力是有大有小的,，意味著移動的過程當(dāng)中磁力的大小是不一樣的。如果對它進(jìn)行轉(zhuǎn)動的話就會產(chǎn)生磁力矩,，通過這種方式可以移動一些東西,，這也是我們所做的原型，也是第一次將這種小的磁性設(shè)備,，比如毫米級別的磁性物體以非常精準(zhǔn)的方式移動,。
這個東西到底可以做什么呢，身體當(dāng)中可以用在哪里呢,？比如可以用在眼睛當(dāng)中,，因為在做眼科微型手術(shù)也是非常困難的。最開始我們看的是眼部紅斑變性疾病,，失明率可以達(dá)到將近10%,。當(dāng)然，之前大多數(shù)對這種疾病的治療是在玻璃體內(nèi)進(jìn)行注射,，我的奶奶之前就失明了,，所以如果能夠有這樣的治療方式也許就能夠恢復(fù)光明，現(xiàn)在很多人也有這樣的潛在需求,。這是給電視臺做的微型視頻,，可以把這種東西注射到眼部,，然后進(jìn)入視網(wǎng)膜該去的位置。這幾年我們不斷開發(fā)小型磁性控制裝置,，可以應(yīng)用在小型動物當(dāng)中,，甚至有些1/3毫米大小的東西可以非常準(zhǔn)確地移動。目前我們已經(jīng)在動物身上做了實驗,，甚至在頭發(fā)那么細(xì)的級別進(jìn)行準(zhǔn)確的移動,，也在活體動物上面做了實驗。
除了眼部手術(shù),，還可以應(yīng)用在其它領(lǐng)域,，比如治療心臟疾病，心臟還是有很多事情可以做的,。我們不可能把微型機(jī)器人注射到人體內(nèi),，因為在體內(nèi)有太多的血液流動，但可以做的是通過利用一些小的顯微鏡進(jìn)行操控,，例如治療心律不齊這樣的疾病,，也就是可以對整個心臟的系統(tǒng)進(jìn)行重新設(shè)置。現(xiàn)在我們已經(jīng)做了一些臨床的實驗,，可以看到這是一個心臟導(dǎo)管,，輸入心臟以后可以將它直接導(dǎo)入心臟里面，甚至可以觸碰各個地方來看這種心臟的信號是否是正常能夠產(chǎn)生的,，這種技術(shù)現(xiàn)在也已經(jīng)在臨床開始使用了,，外科醫(yī)生坐在外面操控機(jī)器指導(dǎo)這個設(shè)備為病人做手術(shù)。這里其實不用自己控制這個導(dǎo)管,，遠(yuǎn)程就可以控制,，這也是未來醫(yī)療機(jī)器人的發(fā)展方向，外科醫(yī)生甚至不用在病人旁邊就可以操縱手術(shù),。
看一看這種磁力的內(nèi)窺鏡,，這是和香港中文大學(xué)合作，也是一種非常小的磁力導(dǎo)航內(nèi)窺鏡,，可以檢查腸胃?，F(xiàn)在這個項目仍然在進(jìn)行的過程當(dāng)中，我們已經(jīng)和香港的外科醫(yī)生從2016年到2017年開始合作研究,。很多和紅細(xì)胞大小的機(jī)器人可以發(fā)現(xiàn)疾病,、治療疾病，看一看如何能夠控制它的動向,，因為它非常的小,，所以我們還要重新思考它們的使用情況。
作為工程師，要想去突破的話,，很多時候要去觀察自然,。通過觀察細(xì)菌，可以發(fā)現(xiàn)它的游動是非常有規(guī)律的,。比如伊波拉病毒其實已經(jīng)有幾百年的時間了,，如果在顯微鏡下去看的話就可以看到它的游動規(guī)律，就像一個小尾巴一樣,。這是自然教會我們的東西,，通過這種轉(zhuǎn)動前行的方式可以很靈活地移動，可以將這樣的移動方式應(yīng)用到納米技術(shù)當(dāng)中,。
這是人造細(xì)菌實驗,，通過這種東西可以游入各種液體當(dāng)中，但可以攜帶一些東西,。我們是在2012年做了這個實驗,，也是一個非常小型的機(jī)器人,，其實和人的頭發(fā)粗細(xì)差不多,。這些技術(shù)都是我們研究出來的，并且我們也要更好地研究它們的移動方式,。當(dāng)然,，我們希望這些東西能夠完成一些任務(wù)，綠色的周圍是一些口腔細(xì)胞,，可以看到還有一些小的細(xì)胞,，右邊還有一些腎臟細(xì)胞，甚至可以在這些小型機(jī)器人身上附著一些DNA,，然后把DNA轉(zhuǎn)到這些細(xì)胞當(dāng)中,。很多小型機(jī)器人甚至可以穿越皮膚，甚至把8萬多個小型細(xì)胞注入到大鼠當(dāng)中,，然后對它進(jìn)行追蹤,，注入活體當(dāng)中進(jìn)行移動，然后看一看會有什么問題,。
這些微型機(jī)器人其實很難設(shè)計的,，靈活度也較差。這里顯示的是布氏錐蟲的生命周期,，可以造成一些人類的疾病,，甚至?xí)M(jìn)入大腦造成死亡。通過這些寄生蟲也能夠獲得一些靈感,，可以了解它的游動方式,，把它應(yīng)用到一些藥物和治療的方法當(dāng)中。我們甚至也可以用它制作一些聚合物，這些聚合物能夠幫助小的微型機(jī)器人更好地移動,，雖然還有很多選擇和探索的空間,。我們需要選擇這種磁性的物質(zhì)，所以在做微型機(jī)器人的時候物料選擇也要有更多的研究,。
現(xiàn)在微型機(jī)器人主要應(yīng)用在大型手術(shù)中,，未來甚至可以越變越小，可以用在導(dǎo)管里面,，也能夠達(dá)到細(xì)胞和組織的級別?，F(xiàn)在我們也在和其它機(jī)構(gòu)做這樣的研究，包括這些小型機(jī)器人生物適用性的問題,，方向還是沒有問題的,，我們也對未來的前景很興奮。
未來的發(fā)展方向是怎樣的呢,？這種微納米機(jī)器人現(xiàn)在我們已經(jīng)把它應(yīng)用在了更多的活體當(dāng)中,，需要理解這些微納米機(jī)器人和環(huán)境的互動方式，所以需要了解周圍的物理和化學(xué)環(huán)境?，F(xiàn)在微納米機(jī)器人目前還沒有應(yīng)用在人類的身體上面,，但在未來五到十年當(dāng)中這種技術(shù)一定會應(yīng)用在人體當(dāng)中，比如心臟和腸胃,。之后我們也要拭目以待,，看一看誰會最開始將這些技術(shù)應(yīng)用在人體當(dāng)中，什么時候這些技術(shù)會真正應(yīng)用在人體上面,。
當(dāng)然還有很多基礎(chǔ)工作要做,，這是個非常令人興奮的領(lǐng)域，包括這種傳感的技術(shù),、規(guī)劃的技術(shù),，目前還有很多問題需要解決。我們也和很多的醫(yī)生共同合作去做一些應(yīng)用,，包括手術(shù)室的這些手術(shù)到底該怎么做,，這些都是非常重要的
問題，聚合物和機(jī)器人之間如何進(jìn)行互動,、3D納米技術(shù)也帶來了巨大的機(jī)會,，使得我們可以在這個級別作出更多的事情。物料也是非常重要的,，很多材料工程師每天在幫助我們選取最好的,、適用于這個領(lǐng)域的材料。
最后講一講醫(yī)療機(jī)器人這個領(lǐng)域會有什么發(fā)展,，目前在中國人們的醫(yī)療服務(wù)接受度明顯是不夠的,，未來會有更多的醫(yī)療需求,，現(xiàn)在醫(yī)療機(jī)器人也有很多成功的公司，人們現(xiàn)在也看到了這個領(lǐng)域的未來,，包括強(qiáng)生這樣的大型公司都在進(jìn)入這個領(lǐng)域,，還有傳統(tǒng)醫(yī)療的公司也看到了這個領(lǐng)域的前景。當(dāng)然,，要想將想法變成現(xiàn)實還是需要很多的時間,，所以要把機(jī)器人輸入到人體當(dāng)中確實是一個非常復(fù)雜的過程，并不像機(jī)器人掃地那么簡單,。與此同時,，這個機(jī)器人要想進(jìn)行使用的話需要通過美國FDA和中國SFDA的審批。
當(dāng)然,，這個領(lǐng)域失敗的例子也有很多,，機(jī)器人在過去的幾十年當(dāng)中的能力也是一直被我們低估的。我們知道實際手術(shù)當(dāng)中的做法是非常復(fù)雜的,，很多時候我們對實際任務(wù)的理解總是想得太簡單了,，而且很多解決問題的時候方式也是有問題的。這些工程師很多時候想事情的方式和醫(yī)生還是不太一樣的,，但現(xiàn)在我們和醫(yī)生的溝通也越來越多,，保證能夠?qū)@些手術(shù)有更好的了解。實驗室到真正的使用必須要一步一步地做,，不能在手術(shù)室說有一個非常好的機(jī)器能夠在人身上使用,，這是不可能的，從實驗室到人體的試用需要大量的時間,，必須要一步一步去走，所以學(xué)術(shù)當(dāng)中每一點進(jìn)步都是非常重要的,。商業(yè)模式也是非常困難的事情,，和傳統(tǒng)制造服務(wù)機(jī)器人是不太一樣的。
機(jī)器人手術(shù)當(dāng)中,，我們希望它能夠在全世界進(jìn)行應(yīng)用,，不希望只是在一部分地區(qū)使用。全世界有80億人,，現(xiàn)在至少有50億人用不上這種手術(shù)的資源,，也就是說有50億人如果有疾病的話根本無法接受手術(shù)，這也是未來醫(yī)療機(jī)器人要解決的問題,。這個領(lǐng)域有很多的事情可以做,，但從醫(yī)療機(jī)器人的角度來說，它的成本必須大幅度下降,，要把它做得更為便宜才可以,，未來成本肯定是會降下來的。最后就是對外科醫(yī)生的培訓(xùn)和遠(yuǎn)程的系統(tǒng)操作也是非常重要的，比如一些心臟手術(shù)如果能夠遠(yuǎn)程控制的話就更好了,。
總體而言,，隨著這項技術(shù)走出實驗室，能夠進(jìn)入真實的世界和手術(shù)當(dāng)中,，我們必須要降低它的成本,，把流程做得更為簡單，速度也會更快,，這些要求都是非?，F(xiàn)實的。