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費(fèi)曼狂想曲:能夠進(jìn)入體內(nèi)的「外科醫(yī)生」

來(lái)源: 責(zé)編: 時(shí)間:2023-08-07 16:30:21 309觀看
導(dǎo)讀 1959年,諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)得主理查德·費(fèi)曼(Richard Feynman)在加州理工學(xué)院作了一場(chǎng)題為“There is Plenty of Room at the Bottom”(底層研究仍有廣闊天地)的演講

1959年,諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)得主理查德·費(fèi)曼(Richard Feynman)在加州理工學(xué)院作了一場(chǎng)題為“There is Plenty of Room at the Bottom”(底層研究仍有廣闊天地)的演講,首先設(shè)想了體內(nèi)微型機(jī)器人的可能性。xZc28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

在費(fèi)曼的猜想中,這類(lèi)微型機(jī)器人依靠微機(jī)電系統(tǒng)(Micro-Electro-Mechanical System, MEMS)驅(qū)動(dòng),能夠進(jìn)入體內(nèi)實(shí)施手術(shù)。當(dāng)時(shí),費(fèi)曼說(shuō):「如果我們能夠吞下一個(gè)外科醫(yī)生,那么很多復(fù)雜的手術(shù)都可以變得很有趣、很簡(jiǎn)單。」xZc28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

或許是費(fèi)曼的影響力太大,十年后,科研界還未開(kāi)展研究,美國(guó)導(dǎo)演 Richard Fleischer 就將費(fèi)曼的設(shè)想拍成了經(jīng)典的科幻電影,《神奇旅程》(Fantastic Voyage)。電影中,5名醫(yī)生被縮小成原體積的幾百萬(wàn)分之一,被注射進(jìn)一位腦血管遭到破壞、性命攸關(guān)的患者體內(nèi),經(jīng)過(guò)一系列冒險(xiǎn),最終成功找到出血點(diǎn),及時(shí)挽救了病人的生命。xZc28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

但,能夠進(jìn)入人體的微型機(jī)器人,只能是一個(gè)幻想嗎?答案顯然存疑。xZc28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

自費(fèi)曼提出「體內(nèi)外科醫(yī)生」的概念以來(lái),科學(xué)家們便被這一想法所吸引、激勵(lì),投入到微型機(jī)器人的研究中,并取得了許多不錯(cuò)的成果。科學(xué)家們暢想著,在未來(lái),機(jī)器真的可以進(jìn)入人的體內(nèi),實(shí)現(xiàn)靶向治療、靶向給藥,幫助治療腫瘤等重大疾病。xZc28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

1、「史萊姆」機(jī)器人xZc28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

前段時(shí)間,一個(gè)叫做「史萊姆」(Slime)的磁控粘液微型機(jī)器人在 New Scientist 上火了。xZc28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

它是由磁性粘液材料制作而成,可以進(jìn)入體內(nèi),取出意外吞噬的小器件。4月1日一發(fā)布,立即在科技社區(qū)引起巨大轟動(dòng),網(wǎng)友紛紛驚掉下巴,瀏覽點(diǎn)擊率迅速超過(guò)十萬(wàn)、百萬(wàn)、千萬(wàn):xZc28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

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與我們常見(jiàn)的機(jī)器人不同,這個(gè)機(jī)器人無(wú)論是外形、動(dòng)作與能力,都更像一個(gè)「怪物」,與我們所想象的由剛體硬件打造、五官身軀酷似人類(lèi)的「機(jī)器」「人」有很大的出入。xZc28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

根據(jù) Demo 顯示,它的外形像一坨烏黑的面團(tuán),沒(méi)頭沒(méi)臉、沒(méi)手沒(méi)腳,身軀柔軟,外形變化多樣。xZc28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

但雖然其貌不揚(yáng),這個(gè)「史萊姆」機(jī)器人卻具備多種奇特的功能,可以變化自己柔軟的身軀,在穿越窄縫、修補(bǔ)斷開(kāi)的電線,還可以在人體的消化道內(nèi)以吞噬的方式取出誤食的電子零器件。xZc28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

即使將它切成幾段,再重新拼接,它也有「自愈合」的能力。xZc28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

「史萊姆」機(jī)器人打破了大多數(shù)人對(duì)「機(jī)器人」的傳統(tǒng)印象,也憑借其酷炫的未來(lái)感與潛在的強(qiáng)大力量,讓「體內(nèi)微型機(jī)器人」進(jìn)入大眾的視野。xZc28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

「史萊姆」機(jī)器人的研發(fā)成員之一、香港中文大學(xué)張立教授介紹,「自愈」能力也是當(dāng)前軟體機(jī)器人領(lǐng)域的熱門(mén)研究方向之一,主要體現(xiàn)為對(duì)不同環(huán)境的高適應(yīng)性。而「史萊姆」機(jī)器人的強(qiáng)大之處,不僅在于將它切斷后、它可以自愈合,還在于將它放到液體中也能保持完整形狀,甚至在空氣、固體環(huán)境中也能穿行無(wú)阻。xZc28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

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圖注:香港中文大學(xué)機(jī)械與自動(dòng)化工程學(xué)系教授張立xZc28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

事實(shí)上,近年來(lái)微型機(jī)器人的研究成果層出不窮,如由微電機(jī)驅(qū)動(dòng)的、大小如飛蠅/甲殼蟲(chóng)的飛行機(jī)器人。而與它們不同,「史萊姆」機(jī)器人的獨(dú)特之處是在非牛頓液體材料中加入磁性粉末與磁性顆粒,從而實(shí)現(xiàn)磁場(chǎng)控制,使其行動(dòng)靈敏、甚至可以自由變形。xZc28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

而「史萊姆」機(jī)器人所呈現(xiàn)出來(lái)的「自愈」能力,也是依托材料本身的特性,加上外界的磁性引導(dǎo),在「身體」切斷后由相距較近的高聚物相互作用,重新融為一體。xZc28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

需要注意的是,「史萊姆」機(jī)器人目前沒(méi)有自主移動(dòng)的本領(lǐng),它的移動(dòng)伸縮靠的是外部磁場(chǎng)控制里面的釹磁鐵(可以理解為「強(qiáng)力小磁球」)。xZc28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

「『史萊姆』機(jī)器人本身沒(méi)有固定的形狀。它是粘液狀的,加了磁場(chǎng)后,它會(huì)對(duì)磁場(chǎng)作出響應(yīng)。你將磁鐵由左往右移動(dòng),它就會(huì)隨著磁鐵從左往右。受磁力的大小,它很容易產(chǎn)生形狀的變化。例如,如果有人不慎誤吞有害元件,把它變成一只手、包裹抓取。」張立向AI科技評(píng)論介紹。xZc28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

這也是張立所領(lǐng)導(dǎo)的先進(jìn)納米材料與微型機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室(Advanced Nanomaterials & Microrobotics Laboratory,ANML)第一次制作磁性粘液機(jī)器人。此前,ANML曾制作過(guò)許多不同類(lèi)型的微型納米機(jī)器人,包括3D技術(shù)打印的仿生昆蟲(chóng)機(jī)器人,均是基于磁場(chǎng)進(jìn)行遠(yuǎn)程操控,「但像『史萊姆』機(jī)器人這樣的粘液狀、有如此大變形的,可以像大象的鼻子一樣卷起來(lái)的,還是第一次。」張立談道。xZc28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

更令人驚嘆的是,該工作的第一作者、ANML實(shí)驗(yàn)室在職博士后孫猛猛從加入ANML、開(kāi)始研發(fā)到發(fā)表文章,僅用了半年時(shí)間。xZc28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

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圖注:孫猛猛博士xZc28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

「這主要是因?yàn)閷O猛猛原先在哈爾濱工業(yè)大學(xué)讀博(師從謝暉教授)時(shí)就已經(jīng)有一些想法。過(guò)來(lái)后,借助我們課題組在相關(guān)材料與磁控操作上所積累的大量經(jīng)驗(yàn),項(xiàng)目進(jìn)展得很順利。」張立介紹。xZc28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

考慮到人體內(nèi)部環(huán)境的復(fù)雜度,張立團(tuán)隊(duì)設(shè)想,「史萊姆」機(jī)器人或許能在消化道有一定的應(yīng)用空間,原因主要有幾點(diǎn):一是消化道的空腔較大,「史萊姆」機(jī)器人在里面的穿梭會(huì)比較順暢;二是人體的消化道本就有許多微生物菌群,嘗試體內(nèi)機(jī)器人的風(fēng)險(xiǎn)相對(duì)低;三是「史萊姆」機(jī)器人的制作材料經(jīng)過(guò)細(xì)胞毒性測(cè)試,毒性較低,若只在體內(nèi)短暫停留、后排出體外,理論上是安全的。xZc28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

當(dāng)然,目前將「史萊姆」機(jī)器人作為體內(nèi)醫(yī)治執(zhí)行器的想法仍處于一個(gè)設(shè)想階段,有待進(jìn)一步探索。xZc28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

2、體內(nèi)微型機(jī)器人的發(fā)展xZc28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

「史萊姆」機(jī)器人的表現(xiàn)可喜,但回溯這種能夠進(jìn)入體內(nèi)的微型機(jī)器人的發(fā)展歷史,不過(guò)短短數(shù)十載。xZc28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

上世紀(jì)七十年代,美國(guó)情報(bào)機(jī)構(gòu)為推進(jìn)機(jī)密研究,試圖設(shè)計(jì)一些能夠執(zhí)行戰(zhàn)俘援助和電子攔截任務(wù)的微型機(jī)器人,但由于當(dāng)時(shí)底層支持技術(shù)未完全開(kāi)發(fā)出來(lái),微型機(jī)器人原型并沒(méi)有從這套早期的計(jì)算和概念開(kāi)發(fā)出來(lái)。xZc28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

直到21世紀(jì),微型機(jī)器人才正式面世。隨著微機(jī)電、微驅(qū)動(dòng)器等多學(xué)科領(lǐng)域的發(fā)展作為鋪墊,微型機(jī)器人取得重要技術(shù)突破并逐漸成為國(guó)際研究熱點(diǎn)。xZc28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

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圖注:仿生微型機(jī)器人xZc28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

相對(duì)于研究了大半個(gè)世紀(jì)的大型機(jī)器人來(lái)說(shuō),微型機(jī)器人的發(fā)展不過(guò)二十余年,「能夠進(jìn)入體內(nèi)的微型機(jī)器人」更是屈指可數(shù),國(guó)內(nèi)外均處于剛剛起步的階段。xZc28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

微型機(jī)器人有不同類(lèi)別,其中,微型醫(yī)療機(jī)器人被業(yè)界認(rèn)為最有發(fā)展前途的應(yīng)用領(lǐng)域。日本科技政策研究院曾預(yù)測(cè)「未來(lái)醫(yī)療領(lǐng)域使用微型機(jī)器人和機(jī)器人的手術(shù)將超過(guò)全部醫(yī)療手術(shù)的一半」。xZc28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

在國(guó)外,日本率先采用「機(jī)器人外科醫(yī)生」的計(jì)劃,并正在開(kāi)發(fā)能在人體血管中穿行、用于發(fā)現(xiàn)并殺死癌細(xì)胞的超微型機(jī)器人。美國(guó)馬里蘭州的約翰·霍普金實(shí)驗(yàn)室研制出一種裝有微型硅溫度計(jì)和微型電路的微型檢測(cè)裝置,吞入體內(nèi),可以將體內(nèi)的溫度信息發(fā)給記錄器。瑞典科學(xué)家發(fā)明了一種大小如英文標(biāo)點(diǎn)符號(hào)的機(jī)器人,未來(lái)可移動(dòng)單一細(xì)胞或捕捉細(xì)菌,進(jìn)而在人體內(nèi)進(jìn)行各種手術(shù)。xZc28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

國(guó)內(nèi)研究員也早早關(guān)注到這一前沿方向,如蘇州大學(xué)的孫立寧教授、沈陽(yáng)自動(dòng)化研究所的劉連慶教授。在「體內(nèi)機(jī)器人」一塊,青年學(xué)者如香港中文大學(xué)教授張立、深圳先進(jìn)院研究員徐天添,也不甘落后,從材料與控制兩大方向入手,探索新的機(jī)遇。xZc28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

總的來(lái)說(shuō),體內(nèi)機(jī)器人的實(shí)現(xiàn),有三大要素:一是「微」體形的實(shí)現(xiàn);二是與體內(nèi)環(huán)境相適配的安全材料;三則是機(jī)器人在體內(nèi)的「自動(dòng)駕駛」技術(shù)。xZc28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

就拿「史萊姆」機(jī)器人來(lái)說(shuō),其最大的突破就是材料。它采用了具有非牛頓流體特征的聚乙烯醇與硼砂材料、外加一層二氧化硅,其黏稠度隨著與外界的接觸產(chǎn)生變化,對(duì)環(huán)境具有高適應(yīng)性,在氣態(tài)、液態(tài)與固態(tài)環(huán)境中均可延伸爬行,可進(jìn)行多模態(tài)操縱。xZc28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

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圖注:在池內(nèi)倒入非牛頓液體可進(jìn)行水上漂xZc28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

不過(guò),硼砂的毒性安全度仍未得到保障,該領(lǐng)域目前研究的一個(gè)重點(diǎn)就是找出更適合構(gòu)建微型醫(yī)療機(jī)器人的材料。材料要具備柔性化、親膚化、無(wú)毒無(wú)害、易于排除體內(nèi)、便于操作等特點(diǎn)。xZc28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

對(duì)于創(chuàng)新性與安全性,張立教授的看法是:「有時(shí)科學(xué)家跟醫(yī)生的想法不盡相同。醫(yī)生往往比較保守,往往首先考慮安全性,而科學(xué)家更多強(qiáng)調(diào)創(chuàng)新性。這兩者有一定矛盾。」但在醫(yī)療場(chǎng)景中,毋庸置疑,安全必然是第一位。xZc28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

除材料以外,對(duì)微型機(jī)器人的體內(nèi)路徑控制又是實(shí)現(xiàn)「外科醫(yī)生」另一亟待解決的難題。近年來(lái),體內(nèi)微型機(jī)器人的研究重點(diǎn)經(jīng)歷了三個(gè)階段的變化:從開(kāi)環(huán)控制到閉環(huán)控制、從單一運(yùn)動(dòng)模態(tài)到多種運(yùn)動(dòng)模態(tài)、從單個(gè)機(jī)器人到多個(gè)機(jī)器人。對(duì)微型機(jī)器人集群的操控,在體內(nèi)醫(yī)療場(chǎng)景中有實(shí)際的應(yīng)用價(jià)值,也是目前機(jī)器人領(lǐng)域的一大研究趨勢(shì)。xZc28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

與單一機(jī)器人相比,集群微機(jī)器人有兩大優(yōu)勢(shì):xZc28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

一是減少失敗率。比方說(shuō),對(duì)于載藥來(lái)說(shuō),集群機(jī)器人的載藥劑量可以提高。此外,在血液等環(huán)境中,單一的微小機(jī)器人很容易被血液沖走,或被巨噬細(xì)胞吞噬,這時(shí)若切換為集群機(jī)器人,可以提高治療的成功率;xZc28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

二是集群便于觀測(cè)。如今的機(jī)器人可以做到納米尺度,但當(dāng)它們放于在體內(nèi)時(shí),用現(xiàn)有的醫(yī)療影像設(shè)備清晰觀測(cè)到單一機(jī)器人的難度極高。就像潛水,我們往往容易忽視從眼前游過(guò)的一條小魚(yú),卻常常被遠(yuǎn)處一群黑壓壓的魚(yú)所震撼到。xZc28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

3、路徑控制:體內(nèi)「開(kāi)車(chē)」xZc28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

在微型機(jī)器人的路徑控制方面,中國(guó)科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院(簡(jiǎn)稱「深圳先進(jìn)院」)的研究員徐天添是一枚科研「新星」。xZc28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

徐天添是自動(dòng)化控制背景出身,先后在在巴黎中央理工大學(xué)與巴黎第六大學(xué)獲得碩士、博士學(xué)位,從博士期間開(kāi)始研究微型機(jī)器人。2014年博士畢業(yè)后,她加入香港中文大學(xué)張立教授團(tuán)隊(duì)擔(dān)任博士后研究員。2016年,她正式加盟深圳先進(jìn)院集成所智能仿生中心,目前是深圳先進(jìn)院唯一一位研究醫(yī)療微型機(jī)器人路徑控制的科學(xué)家。xZc28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

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圖注:深圳先進(jìn)院徐天添研究員xZc28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

從徐天添教授的角度看,體內(nèi)微型機(jī)器人的路徑控制研究大約可以分為三個(gè)方向:一是如何讓微型機(jī)器人在體內(nèi)動(dòng)起來(lái)?二是如何讓它們按照既定的路徑運(yùn)動(dòng)?三是如何讓它們適應(yīng)體內(nèi)的復(fù)雜環(huán)境?xZc28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

如果將微型機(jī)器人比喻成汽車(chē),那么,機(jī)器人在體內(nèi)懸空運(yùn)動(dòng),就相當(dāng)于控制一輛汽車(chē)在復(fù)雜鬧市的空中行駛,難度極高,安全風(fēng)險(xiǎn)因素也極高。xZc28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

需要注意的是,微觀世界的許多物理定律與宏觀世界不一樣。例如,1976年,諾貝爾物理學(xué)家 E.M.Purcell 提出「扇貝定律」(scallop theorem),即扇貝在把貝殼迅速打開(kāi)、再慢慢關(guān)上時(shí),由于慣性,扇貝迅速打開(kāi)的時(shí)候會(huì)往前一竄,形成一竄一竄地「運(yùn)動(dòng)前行」。然而,在微觀世界里,由于慣性力在黏性面前幾乎可以忽略不計(jì),扇貝的開(kāi)合行動(dòng)也無(wú)法使它前行。xZc28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

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人體的體內(nèi)環(huán)境也是一個(gè)微觀世界。如何讓微型機(jī)器人在體內(nèi)動(dòng)起來(lái)?xZc28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

徐天添與團(tuán)隊(duì)合作,從自然界中汲取靈感:一種是大腸桿菌,由螺旋形的尾巴驅(qū)動(dòng)前進(jìn),就像擰一顆螺絲,一邊轉(zhuǎn)、一邊前進(jìn);另一種是精子柔性振動(dòng),通過(guò)拍打自己的尾巴,振動(dòng)前行。在這兩種方式下,他們成功地制造出螺旋型機(jī)器人與精子狀的仿生機(jī)器人,成功使機(jī)器人在模仿體內(nèi)的環(huán)境中動(dòng)了起來(lái)。xZc28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

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圖注:微型機(jī)器人在液體中「螺旋泳」前進(jìn)xZc28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

但是,光讓機(jī)器人在體內(nèi)動(dòng)起來(lái)還不夠。必須保證前行的路徑是安全的,且不能在體內(nèi)橫沖直撞……xZc28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

因此,為了保證機(jī)器人在體內(nèi)「精準(zhǔn)」穿梭,繞過(guò)危險(xiǎn)區(qū)域,確保安全性,研究微型機(jī)器人的路徑控制顯得尤為重要。且如前所述,機(jī)器人在體內(nèi)的運(yùn)行是「空中前進(jìn)」,這就要求機(jī)器人具備 3D 運(yùn)動(dòng)能力。xZc28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

2019年,徐天添團(tuán)隊(duì)便提出了一種新型的路徑跟隨控制算法,采用路徑微分法,把給定的任意路徑微分成各個(gè)小段,讓它在每一個(gè)點(diǎn)找它最近的小段,來(lái)控制它的前進(jìn)方向。他們的算法針對(duì)毫米級(jí)的磁驅(qū)動(dòng)軟體機(jī)器人成功實(shí)現(xiàn)了 3D 路徑控制,相關(guān)工作獲得了IEEE智能機(jī)器人與系統(tǒng)國(guó)際會(huì)議(IROS)最佳應(yīng)用論文獎(jiǎng):xZc28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

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在路徑控制一塊,徐天添團(tuán)隊(duì)采取的也是磁控。磁控的主要優(yōu)勢(shì)在于可以無(wú)線操控:若機(jī)器人進(jìn)入體內(nèi),人類(lèi)研究員或醫(yī)生可以在體外實(shí)施操作。同時(shí),磁控的響應(yīng)時(shí)間短、功率密度高,可重復(fù)性也高,機(jī)器人可以多次成功地到達(dá)病灶部位,消除成功率的隨機(jī)性。xZc28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

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圖注:徐天添團(tuán)隊(duì)的多自由度磁控裝置xZc28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

實(shí)現(xiàn)單一機(jī)器人的3D路徑控制后,徐天添與團(tuán)隊(duì)又向多機(jī)器人的協(xié)同控制研究邁進(jìn)。xZc28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

徐天添向AI科技評(píng)論解釋?zhuān)诖趴氐奈C(jī)器人群操作有兩大難點(diǎn):一是同一個(gè)磁場(chǎng)里所輸入的信號(hào)是相同的,這會(huì)導(dǎo)致多個(gè)微型機(jī)器人的前進(jìn)方向與速度一致;二是微型機(jī)器人之間缺乏通訊,無(wú)法獨(dú)立控制。xZc28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

為了解決這個(gè)問(wèn)題,徐天添與團(tuán)隊(duì)鉆研多年,終于在今年年初取得了成果——xZc28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

他們提出一種完全解耦的方法,無(wú)須通訊,用外部的統(tǒng)一信號(hào)來(lái)感知機(jī)器人,解決如何對(duì)相同的信號(hào)產(chǎn)生不同的輸出的問(wèn)題,首次實(shí)現(xiàn)了4個(gè)磁性軟體微型機(jī)器人的獨(dú)立位置控制和3個(gè)磁性軟體微型機(jī)器人的獨(dú)立路徑跟隨控制,相關(guān)工作(“Independent Control Strategy of Multiple Magnetic Flexible Millirobots for Position Control and Path Following”)發(fā)表在國(guó)際機(jī)器人頂刊 T-RO 上。xZc28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

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圖注:毫米級(jí)機(jī)器人的獨(dú)立位置控制:(a)兩個(gè)機(jī)器人位置控制;(c)三個(gè)機(jī)器人位置控制;(e) 四個(gè)機(jī)器人位置控制;(b)、(d) 和 (f) 為機(jī)器人的對(duì)應(yīng)的位置軌跡xZc28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

這個(gè)工作在多微型機(jī)器人的協(xié)同控制上邁進(jìn)了一大步。不過(guò),徐天添也向AI科技評(píng)論表示,目前他們也只實(shí)現(xiàn)了4個(gè)微機(jī)器人的獨(dú)立控制,在未來(lái),還要朝著更大的目標(biāo)前進(jìn)。xZc28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

值得注意的是,在路徑控制一塊引入人工智能算法,也正在成為趨勢(shì)。例如,徐天添等人便從2020年開(kāi)始采用華南理工大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院院長(zhǎng)陳俊龍?jiān)?016年提出的「寬度學(xué)習(xí)」方法,自動(dòng)計(jì)算與優(yōu)化對(duì)機(jī)器人在復(fù)雜環(huán)境中的控制率,從而實(shí)現(xiàn)更好的控制。xZc28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

4、設(shè)想與現(xiàn)實(shí)xZc28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

那么,距離微型機(jī)器人進(jìn)入體內(nèi)還有多久?xZc28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

毫無(wú)疑問(wèn),費(fèi)曼的猜想很前衛(wèi),「體內(nèi)外科醫(yī)生」的設(shè)想也令人十分神往。xZc28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

前段時(shí)間,Nature也發(fā)文探討了微型機(jī)器人用于癌癥治療的前景。比如,抗癌藥物通常采用散彈槍方法,傳統(tǒng)治療方法在靜脈注射凝血藥,但會(huì)面臨血栓風(fēng)險(xiǎn)。而化學(xué)療法在破壞腫瘤的同時(shí),不可避免地附帶攻擊健康細(xì)胞,引發(fā)一系列副作用。而針對(duì)這個(gè)困境,夢(mèng)寐以求的替代方案是將一個(gè)微型機(jī)器人注射到患有癌癥的人體內(nèi)進(jìn)行靶向治療和給藥。xZc28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

遙想微型機(jī)器人在有朝一日能夠進(jìn)入體內(nèi)進(jìn)行癌癥醫(yī)治,張立有著極大的研究熱情與動(dòng)力。但同時(shí),研究人員也清醒地意識(shí)到:體內(nèi)微型機(jī)器人的落地還有很長(zhǎng)的路要走。比如,至今國(guó)內(nèi)外都還沒(méi)有研究人員真正將微型機(jī)器人在體內(nèi)落地。雷峰網(wǎng)xZc28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

安全、倫理、性價(jià)比、風(fēng)險(xiǎn)控制等等,均是人們?cè)谖磥?lái)要解決的問(wèn)題。xZc28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

在推動(dòng)體內(nèi)機(jī)器人的研究與落地上,科學(xué)家在努力。張立向AI科技評(píng)論表示,近年來(lái),香港政府投資了4.7億港幣在香港科學(xué)園建設(shè)了一個(gè)醫(yī)療機(jī)器人創(chuàng)新技術(shù)中心(如下圖),配備了技術(shù)先進(jìn)的醫(yī)療影像設(shè)備、磁力共振技術(shù)與X光等等,幫助科學(xué)家們進(jìn)行醫(yī)療機(jī)器人的創(chuàng)新與技術(shù)孵化。xZc28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

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圖為張立教授提供xZc28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

「從科學(xué)研究的角度上說(shuō),我不覺(jué)得『史萊姆』機(jī)器人是具有里程碑意義的創(chuàng)新。」張立談道,「我們更希望實(shí)現(xiàn)的是賦予微機(jī)器人智能性,在微機(jī)器人的集群和控制系統(tǒng)上有所突破,讓器件更安全、更小型化、更智能化,然后找到它在醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用出口,最終的目的,是要造福人類(lèi)。」xZc28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

也許,費(fèi)曼在上世紀(jì)50年代提出的「體內(nèi)外科醫(yī)生」的設(shè)想在不遠(yuǎn)的時(shí)日就會(huì)實(shí)現(xiàn),未來(lái)它可以應(yīng)用到人體任何部位,如眼底、視網(wǎng)膜、胃腸道、膀胱或血管。xZc28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

讓我們一起期待這一天可以早點(diǎn)到來(lái)。xZc28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

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https://www.nature.com/articles/d41586-022-00859-0xZc28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

https://twitter.com/newscientist/status/1509599345255100417xZc28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

https://www.siat.ac.cn/yjdw2016/rcdt2016/201912/t20191206_5449581.htmlxZc28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

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http://people.ucas.edu.cn/~xutiantianxZc28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

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