机器人家族的“新星”未来如何在你身体里“来去自如”？

机器人家族的“新星”未来如何在你身体里“来去自如”？

徐海峰团队研究的多模态软体微型机器人。 受访者供图

提到机器人，许多人首先想到的是人形机器人，或是流水线上的工业机器人。但在视力范围之外，还有一种尺寸比头发丝还小得多的微纳机器人，在帮助人类解决一系列“微小”的大事情。

试想一下，未来的某一天，当你生病后，医生既没有给你开药打针，也没有给你做手术，而是往你的血液里植入一个微小的机器人。这种机器人探测到病灶后，游过动脉和静脉，直接对病灶进行治疗。

如何才能让上述场景逐步照进现实？9月中旬，华西都市报、封面新闻记者前往被誉为创新热土的深圳。在这里，记者同哈尔滨工业大学（深圳）、中国科学院深圳先进技术研究院，以及深圳市人工智能与机器人研究院的数位资深行业专家对话，共同探讨微纳机器人这颗冉冉升起的“新星”，如何才能在人体内部“自如穿梭”。

前景

帮人类解决一系列“微小”的大事情

对于微纳机器人的定义，目前最广泛的解释是：单体尺寸在微纳米级别，能自主执行一系列复杂动作的机器。

微纳机器人运用在军事领域，它就是“蚂蚁士兵”，能引爆特种炸药、破坏电子设备与电脑网络、施放化学制剂等；运用在建筑领域，它可以检测建筑物的裂缝、腐蚀和损坏情况，并进行及时修复……其中最重要、最有前景的领域，则是医学。

当前，受限于现有医疗器械的可达范围，许多复杂的手术仍无法完成。但微纳机器人则能轻松进入人体肺部末端支气管、细小血管分支等传统医疗器械难以触及的区域，实现精准治疗。

在最新的研究中，微纳机器人甚至能在磁场的引导下精准搏杀肿瘤细胞，被称为“肿瘤克星”。

万众瞩目下，关于微纳机器人的一些冷思考也必不可少。例如，这么小的物体是否能被称之为机器人？又能否承担得起外界的诸般期待？

哈尔滨工业大学（深圳）教授马星表示，完整的机器人有三个特征：运动、感知和反馈。目前，微纳机器人只具备第一个特征——运动特征。从这个维度上看，它还处于婴儿期，有很多不成熟、不全面的地方。

虽然自20世纪60年代诺贝尔物理学奖获得者理查德·费曼及团队就提出了“纳米技术”“吞噬外科医生”等构想，但微纳机器人真正实现发展，其实也就是近十几年。与已经发展了半个多世纪，乃至经常在科幻电影中担任主角的人形机器人相比，微纳机器人还有很长的路要走。

难题

让它动起来，还要动得可控

人形机器人

“拟人”的路程尚且举步维艰，要让一个比头发丝还小得多的机器人在人体中“婉若游龙”，难度可想而知。

“以血液运输为例，动脉里的血液流动速度非常快，微纳机器人怎么控制？怎么停？这就好比在一条湍急的河流里，一艘小船怎么样才能锚定、停泊？怎么实现逆流而上？怎么负载物品？这是目前的第一个科学挑战。”马星说。

微纳机器人的主流运动方式包括化学驱动、磁场驱动、生物驱动。化学驱动虽然响应速度快，但寿命短，若使用催化剂，化学反应的燃料不可避免地会对人体产生有害影响；物理驱动包括磁场、光场、声场和电场驱动，但它们或是受限于磁场强度，或是无法穿透人体组织，又或是控制精度较低；生物驱动利用生物体（如细菌、精子）的自主运动能力，生物兼容性更好，但是控制精度较低……每一种驱动方式都有各自的优缺点。

再者，微纳机器人只有具有可控变形的复杂结构，才能执行如细胞操控等复杂任务。那么如何找到既能支持机器人变形，又符合生物安全的相容材料？

“我们最基础的问题就是材料，并且耗费了最多的时间。”中国科学院深圳先进技术研究院副研究员徐海峰表示，在刚开始研发时，他们掌握了制作微纳机器人的技术，但关键在于缺少稳定性强、可塑性好，又抗疲劳的材料——低模量的弹性光刻胶。这让他们的研究一度停滞不前，可谓是巧妇难为无米之炊。

“当时问遍了各大光刻胶厂商，都没有找到。一方面，材料的缺失肯定会严重拖延研究进程。但换个角度看，这也恰巧说明大家都没有研究过，我们的光刻胶材料算是完全独立自主开发。”徐海峰说。

当然，上述问题只是微纳机器人荆棘载途的一角，仍有许多问题科研找不到理想的答案。

解困

合力建造一辆“足够结实的车”

“我们的任务就是设计一辆‘足够结实的车’，配备一个合格的司机，可以克服一路上非常复杂、动态多变的环境，最终保障‘货物’的高效送达。”深圳市人工智能与机器人研究院微纳机器人中心主任俞江帆说。

这辆“足够结实的车”如何建造？在俞江帆看来，未来10年可以落脚在三个方面：首先通过改进控制算法和材料，并集成人工智能和机器学习技术，实现更高的定位精度和自主操控能力；其次，依托于群体智能技术的发展，提升微纳机器人集群的协同能力；同时，还要开发和使用更加生物相容且可降解的材料，减少对生物体的免疫反应和毒性。

这些合格的司机由谁担任？这离不开不断优化的控制算法、人工智能和机器学习技术。这些技术将使微纳机器人能够在复杂、多变的环境中自主调整、精确定位，并根据实时情况作出智能决策。

此外，作为一门涵盖物理、化学、生物、力学、材料学、微纳制造等各个领域的综合性学科，微纳机器人要想突出重围，自然离不开学科的融合交叉发展。

回顾近年来的科研进展，为了实现高效的细胞运输，南开大学赵新团队设计了一种自动化方法批处理干细胞核移植操作系统，代替了人工处理；为了更精准地操控微物体，加拿大多伦多大学研究人员开发了一种高精度、高稳定性的微夹具机器人系统……在各个细分领域，随处可见微纳机器人研究者们破题的身影。

或许在未来的十年里，这些敢于创新的“探路者”们会朝着各自的方向不断前行，但他们的共同愿景却是始终如一：让微纳机器人成为人类探索微观世界的得力助手。

华西都市报-封面新闻记者马晓玉车家竹深圳报道