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纳米机器人即将面世

2017-03-14阅读 31663 战略前沿技术 我要关注


纳米机器人即将面世


来源:IEEE Spectrum,作者:Megan Scudellari

编译:远望智库技术预警中心  谌为


科学幻想正在变成现实,科学家正在研发微型和纳米尺度的机器人,这种机器人可以在人体内自由运动,互相通讯,执行任务,并且在完成它们的使命后分解。加州大学圣迭戈分校的顶尖纳米工程团队在《科学-机器人技术》的一篇新综述中指出,这些纳米机器人将会在疾病诊断、治疗和预防中派上用场。

图片来自网络

这篇综述重点介绍了纳米机器人成功应用于药物治疗的四个方面:靶向给药、精密手术、生物目标检测和消毒。这篇文章的共同作者,加州大学圣迭戈分校纳米工程主席,Joseph Wang在写给美国电气电子工程师学会旗下出版物IEEE Spectrum的邮件中说,靶向给药是医用微型机器人最有前景的商业应用。例如,在去年12月份,瑞士苏黎世联邦理工学院的科学家的研究成果表明,能够通过无线操控,将一种线状纳米机器人运往指定地点,然后通过磁场触发释放药物,杀死癌细胞。

为了在这种纳米机器人面世前更好地了解它们,关于微型和纳米机器人,有5点值得注意:

1. 它们难于运动,更难于靠动力行进。

将机器人小型化至微型和纳米尺度的两个关键挑战是提高纳米机器人的运动能力和为其装配动力。我们无法为纳米机器人安装齿轮和电池。很多纳米机器人采用游泳方式行进,使用化学能源或外部动力,例如磁场或者其他形式能量,包括光、热或者电。Wang所偏爱的方式之一是其团队研发的“纳米火箭”,在胃或胃肠道中使用胃液作为燃料,产生气泡,从而推动其向前运动。科学家仍然在寻找新的能源,以获得更久续航能力,并且能在没有技术人员的引导下自主的工作。

2. 它们能够执行手术。

机器人辅助手术现已普及,将医生的手变得更小,从而在病人的体内精准的操作。我们可以将其想象成一台纳米尺度的手术。科学家正在研发纳米钻孔机、纳米钳子和其他纳米尺度工具,这些工具可以被注入人体,运动至体内指定区域,然后捕获或移除某种组织,例如一丛细胞用于活体检测。在一个最近的例子中,科学家组装了一个管状的微型机器人用于执行手术,将药物注射到一只活兔子眼睛的后部。纳米机器人的运动由磁场控制。

3. 它们将通过集群智能swarm intelligence)协作

纳米机器人并不单兵作战;为了完成某项任务,成百上千的机器人将协同作战。为了实现它,科学家需要灌输集中式通讯,这种通讯被称为集群智能。可以同过集群行动计划和机器学习实现这种通讯。

4. 它们被设计成任务完成自动消亡。

坦率的说,不管是手术,药物输运或者别的治疗,没有人希望在治疗完成后仍有一批机器人在其体内游荡。所以科学家正在通过使用生物可降解的材料构造机器人,这些材料会在病人体内停留有限时间,任务一旦完成,机器人马上被清除或消失。

5. 它们被用于活体动物。

先前提到的纳米火箭是第一个在活体老鼠体内测试的人工微型马达。Wang说,现在有更多的实验室在活体动物体内测试他们的技术,包括瑞士苏黎世联邦理工学院和蒙特利尔大学的实验室。Wang说,如果这些动物活体实验取得成功,将立即进行人体临床实验。


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