隨著先進(jìn)技術(shù)、新材料技術(shù)的快速發(fā)展，近年來，世界各國紛紛掀起了新一輪的機(jī)器人研發(fā)浪潮。
除了在制造業(yè)大顯身手之外，各種用途的機(jī)器人也已滲透到人類生活的方方面面：水下機(jī)器人、仿生機(jī)器人、家庭服務(wù)機(jī)器人等也逐漸為公眾所熟知。
而在醫(yī)療領(lǐng)域，機(jī)器人也逐漸開始滲入其中，對(duì)醫(yī)療行業(yè)產(chǎn)生革命性的影響，并開啟了智能醫(yī)療的新時(shí)代。
提及醫(yī)療機(jī)器人，可能很多人首先想到的便是動(dòng)畫電影《超能陸戰(zhàn)隊(duì)》中那個(gè)憨態(tài)可掬、溫暖治愈的龐然大物——“大白”（Baymax）。在電影中，大白是一個(gè)陪伴型個(gè)人醫(yī)療保健型充氣機(jī)器人，它可以檢測出人類疾病以及受到的傷害，還會(huì)想方設(shè)法撫慰人們的傷痛。
看過這部電影的人大多都會(huì)感慨：好想有個(gè)大白�？茖W(xué)家們卻實(shí)事求是地表示，盡管大白身上的部分功能目前已經(jīng)得以實(shí)現(xiàn)，然而電影中所展示的生活離我們還是太遠(yuǎn)。
不過，在機(jī)器人軍團(tuán)中，微型機(jī)器人卻是一個(gè)特別的存在。隨著精準(zhǔn)醫(yī)療的深入推進(jìn)以及人工智能技術(shù)的發(fā)展，微型機(jī)器人技術(shù)不斷取得重大突破，正在改變著人們的生活。
小而強(qiáng)大
當(dāng)你生病的時(shí)候，只要服下一顆包含微型醫(yī)療機(jī)器人的小藥丸，就可以不必忍受打針帶來的“皮肉之苦”，輕而易舉地解除病痛；外科手術(shù)時(shí)，微型醫(yī)療器人可以讓你不再承受傳統(tǒng)手術(shù)所帶來的切肉換骨之痛……
這些一直處于想象中的場景，正在全球研究機(jī)構(gòu)的共同努力下，逐漸變成現(xiàn)實(shí)。
醫(yī)學(xué)干預(yù)手段越是先進(jìn)，侵入性就會(huì)越低。比方說，過去做減肥手術(shù)，需要打開病人的腹腔，從肚臍一直開到隔膜；而現(xiàn)在，這樣的手術(shù)只需要通過腹腔鏡技術(shù)，開幾厘米大的小口便可完成。但有了微型醫(yī)療機(jī)器人，連這樣的小口都會(huì)顯得多余。
美國麻省理工學(xué)院的研究人員發(fā)明了一款微型折疊機(jī)器人，其可以在胃里完成簡單的手術(shù)，而且完全不需要切口或連接外部纜線——病人只需從口中把機(jī)器人吞下去就行。
這種微型機(jī)器人被包裹在用冰做成的口服含片里，被人服下后會(huì)通過食道進(jìn)入胃里。冰膠囊融化后，機(jī)器人會(huì)像折紙一樣打開。展開后的機(jī)器人看起來就像一張有皺褶的紙，材料上的皺褶、縫隙和補(bǔ)丁的位置都是經(jīng)過精心設(shè)計(jì)的，它們遇熱或受磁場作用時(shí)會(huì)膨脹或收縮，進(jìn)而使機(jī)器人移動(dòng)。
這種移動(dòng)方式與生物體關(guān)節(jié)和肌肉的運(yùn)動(dòng)方式非常類似。外科醫(yī)生通過外部電磁場影響機(jī)器人身上的磁鐵，進(jìn)而控制機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)。機(jī)器人也能通過屈伸自己的皺褶，沿著胃壁爬到指定的位置。
這款機(jī)器人的主體由生物相容性材料制成——部分材料來自豬的小腸，也是香腸腸衣的材料。這些材料可以使其向體內(nèi)傷口給藥或是像創(chuàng)口貼那樣固定在傷口上。
當(dāng)然，這款機(jī)器人的作用還不止這些。它還可以用自帶的磁鐵“捕捉”并移除異物，比如誤吞的紐扣電池等。根據(jù)科研人員的調(diào)查，每年美國發(fā)生誤食紐扣電池的事件高達(dá)3500多起，而這個(gè)微型機(jī)器人則可以在不進(jìn)行外科手術(shù)的情況下，從人體消化道中移除異物。
“我的父親在20世紀(jì)70年代得了腎結(jié)石，醫(yī)生們差不多切開了他的半個(gè)身體才取出結(jié)石。”領(lǐng)導(dǎo)這項(xiàng)研究的麻省理工學(xué)院計(jì)算機(jī)科學(xué)和人工智能實(shí)驗(yàn)室主任Daniela Rus說道。
這款微型折疊機(jī)器人在醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用潛力讓她感到興奮：“（微型機(jī)器人）還需要很多年才能付諸使用，但一旦投入實(shí)用，可以想象它能對(duì)這些手術(shù)產(chǎn)生多大的影響。”
Rus指出，未來他們計(jì)劃為微型折疊機(jī)器人加入更多的傳感器，并且對(duì)機(jī)器人進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，使其在不使用外加電磁場的情況下實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。
精準(zhǔn)治療
微型機(jī)器人體型雖小，但能量巨大，其廣闊的應(yīng)用潛力令全世界的科學(xué)家們?yōu)橹Α?/font>
近年來，科學(xué)家們一直在嘗試開發(fā)出能夠進(jìn)入人體，并在特定位置進(jìn)行給藥或者精準(zhǔn)手術(shù)的微型機(jī)器人，為人們的健康謀福祉。
實(shí)際上，早在2015年，美國的科研團(tuán)隊(duì)就研發(fā)出了一種超微型機(jī)器人。這款已經(jīng)通過了美國食品藥品監(jiān)督管理局批準(zhǔn)的機(jī)器人非常袖珍，甚至沒有硬幣大。它能夠被用在耳朵、支氣管、尿道等較小的人體部位，縮小了需要打開的切口。
而由瑞士洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院和蘇黎世聯(lián)邦理工大學(xué)科研人員研發(fā)的一種模仿細(xì)菌的微型機(jī)器人則具有更多運(yùn)動(dòng)模式，其既可以用于體內(nèi)給藥，還可以進(jìn)行精準(zhǔn)的手術(shù)操作。
與傳統(tǒng)機(jī)器人不同，這種微型機(jī)器人是柔軟而有彈性的，且無需馬達(dá)驅(qū)動(dòng)，它由生物可相容的水凝膠和磁性納米顆粒組成。這些納米顆粒具有兩種功能：在制造過程中給微型機(jī)器人成形以及讓微型機(jī)器人在電磁場中移動(dòng)。
這款微型機(jī)器人是科研人員模仿能夠引起非洲昏睡病的細(xì)菌來制造的，在加熱的情況下，微型機(jī)器人能夠得以展開。這種微型機(jī)器人能夠進(jìn)入人體，注射藥物，并且可以高精度地執(zhí)行正確的手術(shù)操作，例如堵塞動(dòng)脈清理以及干細(xì)胞培養(yǎng)。
“全新生產(chǎn)方法可以讓我們測試一組形狀和組合陣列，以及獲得在給定任務(wù)中的最佳運(yùn)動(dòng)能力。我們的研究也在細(xì)菌如何在人體內(nèi)運(yùn)動(dòng)及它們?nèi)绾芜m應(yīng)周圍環(huán)境等方面提供了有價(jià)值的見解。”瑞士洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院科學(xué)家Selman Sakar指出。
深入人體為患者吃藥，也是微型機(jī)器人的職責(zé)所在。哥倫比亞大學(xué)生物工程教授Samuel Sia帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)研發(fā)出的一款包裹著水凝膠的15毫米微型機(jī)器人正是為此而生。
這款奇特的機(jī)器人無需電池或電線驅(qū)動(dòng)，但醫(yī)生可以在體外精確控制藥劑的用量和釋放。目前，該研究團(tuán)隊(duì)已在患有骨癌的小白鼠身上完成了初步測試，通過對(duì)照組對(duì)比，能精準(zhǔn)進(jìn)行藥物靶向釋放的微型機(jī)器人確實(shí)效果明顯。
這款機(jī)器人能滿足用戶個(gè)性化醫(yī)療的需求。“醫(yī)生可以根據(jù)病人的反應(yīng)對(duì)療法進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整。”Sia表示，除了釋放藥物，未來這套裝置還能控制荷爾蒙的釋放。
醫(yī)療界的AlphaGo
2016年3月15日，谷歌人工智能AlphaGo與世界圍棋冠軍李世石的人機(jī)大戰(zhàn)，AlphaGo最終獲得了勝利。
AlphaGo的橫空出世，可以說對(duì)人工智能產(chǎn)生了巨大的沖擊。用深度學(xué)習(xí)和強(qiáng)化學(xué)習(xí)的結(jié)合來判別現(xiàn)在所在的棋盤是好是壞，同時(shí)預(yù)測未來有利的走向，這是Deepmind團(tuán)隊(duì)為AlphaGo的搜索引入的一個(gè)新概念。
這一新概念對(duì)從事人工智能的科學(xué)家而言無疑具有極大的啟發(fā)性。有人便提出，是否可以在醫(yī)療領(lǐng)域重復(fù)AlphaGo的成功呢？
比方說在癌癥治療方面，癌癥治療一般是用放射性射線來殺掉癌細(xì)胞，而每一個(gè)癌癥患者所需要的劑量、角度、頻次可能都不相同。如果能把所有的相關(guān)信息以及治療結(jié)果都記錄下來，這樣就有了數(shù)據(jù)、特征以及問題的持續(xù)反饋，并且這個(gè)過程是可以重復(fù)的，這將對(duì)于未來人們攻克癌癥有極大的裨益。
實(shí)際上，相關(guān)的應(yīng)用研究近年來已在國內(nèi)外悄然開始。德國漢堡飛利浦研究院的科研人員探索出了一種新方法，在磁場的作用下，可以控制微型機(jī)器人群體中的任意一個(gè)，使其自由運(yùn)動(dòng)且不干擾其他微型機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)。有了這項(xiàng)技術(shù)，醫(yī)生可利用這些機(jī)器人攜帶藥物，精準(zhǔn)地投放在腫瘤區(qū)域。
而韓國大邱慶北科學(xué)技術(shù)院的科研人員則研發(fā)出了一種可遠(yuǎn)程遙控的快速移動(dòng)微型機(jī)器人。這種機(jī)器人通過人體血液可以直接將器官所需的治療藥物輸送過去。不僅如此，科研人員還設(shè)想了可注射微型機(jī)器人，它在完成使命后可以在體內(nèi)無害溶解。
1949年，諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)獲得者理查德·費(fèi)曼曾在演講中這樣說過：“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?cè)鯓硬拍苤谱鞒鲞@樣微小的外科醫(yī)生呢？這是我的夢(mèng)想，我把它留給你們來實(shí)現(xiàn)。”
68年后的今天，這個(gè)曾經(jīng)存在于科幻中的美好夢(mèng)想正在智慧的科學(xué)家們手中逐漸變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)，并不斷融入人們的生活。■