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科學幻想正在變成現實,科學家正在研發(fā)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(zhí)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。
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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(yī)用微型機器人最有前景的商業(yè)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(fā)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(zhàn)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(fā)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(xù)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(zhí)行手術。
機器人輔助手術現已普及,將醫(yī)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??茖W家正在研發(fā)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(qū)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(zhí)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(zhàn);為了完成某項任務,成百上千的機器人將協同作戰(zhàn)。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。
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