這可能是一個奇怪的場景:2006年10月一個寒冷的晚上,一群工程專業(yè)學生和他們的教授Sylvain Martel聚集在教室中在觀看一個核磁共振機上的被麻醉過的跛了的豬,大家屏住呼吸,最后教室響起熱烈的掌聲……
一名醫(yī)院技術(shù)員通過導(dǎo)管將圓珠筆珠那么大的鋼珠植入豬的頸動脈中,幾分鐘后,他們看到電腦屏幕上的鋼珠突然動起來。這正是該團隊想看到的結(jié)果。這是人類第一次將物體以無線控制方式植入生物的血管,對于微型機器人研究界,這是歷史性的一歩,與人類首次登上月球不相上下。
現(xiàn)在世界上的各個研究機構(gòu)正在努力將這一小步發(fā)展得更大,工程微型機器人有朝一日將能夠同時植入生物的大動脈和小血管,從此告別需要動用侵入性外科手術(shù)的時代。
機器人醫(yī)生將會到來
Martel醫(yī)生寫道:微型機器人在醫(yī)學領(lǐng)域發(fā)展的首個壯舉將是治療癌癥,機器人可以直接將藥品輸入到癌細胞中,其只會擊中受損細胞,并不會傷害健康細胞。
不過發(fā)展的前途雖然光明,其挑戰(zhàn)卻是巨大的。其中包含很多物理問題,比如如何讓一定尺寸的機器人穿過布滿大動脈和小血管的粘性流體;還有生物問題,比如要確保機器人材料無毒并且能夠被生物分解。
多倫多大學機械工程教授Eric Diller說道:“這些機器人需要制作得非常小,但并不能簡單地按照比例縮小現(xiàn)有的機器人?!毖芯咳藛T從自然中尋求到了靈感,他們用一種類似細菌的仿生設(shè)計制作微型機器人。
他表示,微型物體的生存環(huán)境與一般物體很不相同,如果一個微型物體在水中游動,水會看起來非常深,所以要將游動的物體制作得與眾不同。后來想到了細菌,它讓微型物體身上附帶鞭毛蟲,這與一條魚在容器里游泳是很不一樣的。
今年年初,Diller的團隊有了一項突破:他們制作出了一毫米的機器人。此款機器人有兩只手臂,并且能夠通過磁場控制,因此它能夠在生物體內(nèi)搭橋。Diller表示微型機器人不只是在運輸藥物方面大有作為,它們也能修復(fù)我們的血管和器官。
肌肉機器人
在伊利諾伊大學香檳分校里,畢業(yè)生Caroline Cvetkovic正在致力于一個相似的項目:用肌肉驅(qū)使的行走機器人。她的團隊利用心臟細胞電脈沖來駕馭小型機器人,機器人的脊椎由水凝膠制作而成。
Cvetkovic構(gòu)想了一個“能夠幫助運輸藥物、智能植入血管、監(jiān)測生物體內(nèi)環(huán)境”的機器人醫(yī)生。她說道:“我們的系統(tǒng)靈感來源于哺乳動物的肌肉、腱、骨系統(tǒng)。它不僅僅與生理學相關(guān),它讓我們模仿大自然系統(tǒng)的能量生產(chǎn)方式。例如,在人體內(nèi),當肌肉發(fā)出動作,力量會通過連接腱傳遞到骨頭。而在我們的生物機器人中,當肌肉細胞做出反應(yīng)(通常是通過電擊),力量會通過一種特殊的連接體傳遞到肢體。這種連接體由水凝膠構(gòu)成,因此它能夠靈活彎曲。這樣一來,機器人能夠移動肢體進行行走?!?/p>
Robert Woods是一名電子工程師,也是哈佛大學微型機器人實驗室的創(chuàng)始人,他對微型機器人的未來信心滿滿。他致力于制作一次性的機器人蜜蜂,這種蜜蜂身懷絕技,它們能夠為作物授粉、進行搜救工作,還能排查危險材料。“如果你想制作能飛的機器人,自然中各種會飛的生物能給你很多靈感。但我們不能簡單地復(fù)制自然,我們在努力理解各種生物的動作、行為,并把它運用于我們的研究項目?!?/p>
就在上周,由歐洲和以色列科學家組成的某團隊傳來喜訊:他們的扇貝機器人制作已有了巨大的進展。(扇貝機器人非常之小,只有零點幾毫米,因此它能夠在人的眼球中游動。而該團隊真正的創(chuàng)舉是此款機器人能夠不借助外力自動游動。雖然像其他微型機器人一樣,它需要由外部磁場控制,但是力量只要一輸入,它就能自動游動,無需其他力量牽引。
回到1949年,諾貝爾物理學獎獲得者費曼在演講中說道:“如果你能吞下一名外科醫(yī)生,那么手術(shù)將變得有趣而簡單。但是我們怎樣才能制作出這樣微小的外科醫(yī)生呢?這是我的夢想,我把它留給你們來實現(xiàn)?!?/p>
幾十年過去了,科學家們一直在為此奮斗。夢想已經(jīng)不遙遠,而且更為奇妙,人們并不會簡單粗暴地吞下一名外科醫(yī)生,而是會直接植入微型機器人醫(yī)生。現(xiàn)在的機器人比費曼描述得要微型很多,也許將來機器人的微型程度還會超乎我們的想象。