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可预见的未来——微型机器人

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微型机器人以其小尺寸、简约设计能够快速在血管及眼球等生物体中游弋,并以电磁进行控制。微细制造(microfabrication)及其他相关领域的发展,使微型机器人逐渐走出科幻小说,成为辅助人类生活的工具。

过去10年,异想天开的探测类微型机器人层出不穷,大部分运用仿生思维,比如:细菌驱动式微型机器人、在生物体组织中遇热收缩其“手臂”的海星状微探测器、传递DNA至细胞处的微型磁螺旋桨、容纳药物的可控微型磁球等,涉及的生物体部分包括血管、肠道甚至眼球。

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工程师们确信,通过良好的设计,单个或成群工作的微型机器人可实现精确计量的给药、清除血栓、执行组织活检,甚至生成新细胞可生长的支架。

“微型机器人的这些活动将影响当前两类医疗趋势:更早诊断病情、提供更精确的治疗。” ETH Zurich的教授Bradley Nelson表示。

然而,真正地将其运用在医疗领域则意味着攻克诸多工程(engineering)堡垒。从微型的尺度讲,科学机器人操作的各方面几乎都需要重新考虑,动力提供和控制移动亦十分困难。

更重要的是,它们在人体中的工作还涉及到其他的限制因素,如:时时对机器人在人体具体位置的准确定位和追踪、保证它的工作不对其他的组织产生不良影响,同时研发人员还要根据不同情况,提供它们完成工作后,安全降解或离开人体的解决办法。

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在血液中运行的机器人需要将血液流动的特性考虑进去。作为非牛顿流体,它们受摇摆运动的影响相比水,受力情形不太相同,例如:黏度、变稠或者变稀都会对它们的运行产生影响,好在影响并非全是负面的。

而对于临床医生来说,在血管里放置任何一种固体都是一种危险的想法。因为,不够精准的进入位置甚至有可能在血管里造成血栓。即便非常精密的、能够在血液中流动时根据PH值和温度发生变化微型机器人,也未必能够完全排除血液流动的影响。

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因此,对它们运行的引导就显得十分重要。

磁力引导是目前最为普遍的一种引导方式,这也是目前微型机器人研究中的一个重要内容。实现良好的磁力引导需考量的要素非常丰富,例如:将移动分解成不同的方向,则需要考虑到来自六个方向上的运动动力及阻力等情况。除此之外,研究人员也致力于寻找更有效且更柔和的引导方式。

围绕着微型机器人尺寸及可实现工作内容的研究也正在持续中,将其研发得更为精细小巧以更好地在体内运行将是未来一个长远的方向。目前,尚在实验室里进行完善的微型机器人虽然占大多数,但已有一部分开展了动物实验。

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