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納米機器人即將面世

2017-03-14   來源:遠望智庫技術預警中心 諶為   評論:0
摘要:科學幻想正在變成現實,科學家正在研發微型和納米尺度的機器人,這種機器人可以在人體內自由運動,互相通訊,執行任務,并且在完成它們的使

科學幻想正在變成現實,科學家正在研發微型和納米尺度的機器人,這種機器人可以在人體內自由運動,互相通訊,執行任務,并且在完成它們的使命后分解。加州大學圣迭戈分校的頂尖納米工程團隊在《科學-機器人技術》的一篇新綜述中指出,這些納米機器人將會在疾病診斷、治療和預防中派上用場。

圖片來自網絡

這篇綜述重點介紹了納米機器人成功應用于藥物治療的四個方面:靶向給藥、精密手術、生物目標檢測和消毒。這篇文章的共同作者,加州大學圣迭戈分校納米工程主席,Joseph Wang在寫給美國電氣電子工程師學會旗下出版物IEEE Spectrum的郵件中說,靶向給藥是醫用微型機器人最有前景的商業應用。例如,在去年12月份,瑞士蘇黎世聯邦理工學院的科學家的研究成果表明,能夠通過無線操控,將一種線狀納米機器人運往指定地點,然后通過磁場觸發釋放藥物,殺死癌細胞。

為了在這種納米機器人面世前更好地了解它們,關于微型和納米機器人,有5點值得注意:

1. 它們難于運動,更難于靠動力行進。

將機器人小型化至微型和納米尺度的兩個關鍵挑戰是提高納米機器人的運動能力和為其裝配動力。我們無法為納米機器人安裝齒輪和電池。很多納米機器人采用游泳方式行進,使用化學能源或外部動力,例如磁場或者其他形式能量,包括光、熱或者電。Wang所偏愛的方式之一是其團隊研發的“納米火箭”,在胃或胃腸道中使用胃液作為燃料,產生氣泡,從而推動其向前運動。科學家仍然在尋找新的能源,以獲得更久續航能力,并且能在沒有技術人員的引導下自主的工作。

2. 它們能夠執行手術。

機器人輔助手術現已普及,將醫生的手變得更小,從而在病人的體內精準的操作。我們可以將其想象成一臺納米尺度的手術。科學家正在研發納米鉆孔機、納米鉗子和其他納米尺度工具,這些工具可以被注入人體,運動至體內指定區域,然后捕獲或移除某種組織,例如一叢細胞用于活體檢測。在一個最近的例子中,科學家組裝了一個管狀的微型機器人用于執行手術,將藥物注射到一只活兔子眼睛的后部。納米機器人的運動由磁場控制。

3. 它們將通過集群智能(swarm intelligence)協作

納米機器人并不單兵作戰;為了完成某項任務,成百上千的機器人將協同作戰。為了實現它,科學家需要灌輸集中式通訊,這種通訊被稱為集群智能。可以同過集群行動計劃和機器學習實現這種通訊。

4. 它們被設計成任務完成自動消亡。

坦率的說,不管是手術,藥物輸運或者別的治療,沒有人希望在治療完成后仍有一批機器人在其體內游蕩。所以科學家正在通過使用生物可降解的材料構造機器人,這些材料會在病人體內停留有限時間,任務一旦完成,機器人馬上被清除或消失。

5. 它們被用于活體動物。

先前提到的納米火箭是第一個在活體老鼠體內測試的人工微型馬達。Wang說,現在有更多的實驗室在活體動物體內測試他們的技術,包括瑞士蘇黎世聯邦理工學院和蒙特利爾大學的實驗室。Wang說,如果這些動物活體實驗取得成功,將立即進行人體臨床實驗。

來源:IEEE Spectrum,作者:Megan Scudellari

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