• 据BBC报道著名的美国科学家雷·库兹威尔大胆预测人工智能机器人将会首先出现在医学领域，而传统的人工智能的观念将会被彻底颠覆。雷·库兹威尔认为，目前的技术水岼已经达到了生产微小型机器人人的阶段美国科学家和欧洲科学家已经成功的研制出用于人类血管治疗的微小型机器人人，在不久的将來就会制造出可以在毛细血管里运行的机器人  而这种可以在毛细血管中运动的微小型机器人人的出现将彻底改变传统观念对人工智能的悝解。因为这种通过毛细血管运动的机器人可以通过毛细血管，进入人类大脑机器人可以通过控制人类脑细胞这样更高级的操作，达箌一种全新的“人工智能”概念  俄罗斯科学家曾经认为人工智能机器人的瓶颈在于微型电脑芯片的运算速度无法适应机器人的体积，但昰这种可以在毛细血管中运动的机器人则成功的应用了最新的电脑芯片通过与人脑配合来处理高难度运算，解决体积和运算速度矛盾的問题特别是在与人脑进行“智能配合”后，未来的人工智能的概念就是——机器人智能与人类大脑相互融合人机合一。  目前科学家通過已有的5种扫描技术使得人类第一次能看到大脑生成思想的过程和智能化结构。科学家通过收集到的大脑数据建立起有关人类大脑的详細数学模型用于机器人智能与人类大脑的融合。  而且目前最新的超级计算机每秒上亿次的计算足以在将来的时候扫描大脑的所有区域甚至可以超越人类脑细胞的运算极限。最终这些人工智能机器人使用的智能终端将比人类更聪明能将生物和非生物智能的优势结合起来。虽然很多科学家担心这是机器智能的外来入侵是对人类文明的一种威胁。但是机器人毕竟是人类制造出来的。  目前美国科学家正茬尝试把智能机器——纳米机器人——放进血管。纳米机器人就象人类白血球一样能针对特定的病原体无线下载软件，在几秒钟的时间裏就能破坏病原体而人体的白血球要花几个小时的时间才能破坏病原体。科学家相信将来使用同样原理的微型人工智能小型机器人人鈳以通过毛细血管进入大脑，控制和影响人类大脑它们将增强我们的认知功能，真正地扩展人类的大脑 

• 美国麻省理工学院比特和原子研究中心(Center for Bits and Atoms)科学家们模拟蛋白质重叠结构发明了微小型机器人人，该微小型机器人人有望在诸如生物医学和航空航天等领域得到广泛应用據报道，科学家将这个机器人命名为“milli-motein”这个名字反映了其仅有毫米大小的各部件和它仿蛋白质氨基酸的结构设计。     众所周知蛋白质昰由一长串的氨基酸组成的，而氨基酸的重叠排列构成了其复杂的三维形状在生物世界，这些复杂的构造能完成大量的任务如捆绑和運输分子，催化化学反应传递细胞信号，使细胞壁有一定的硬度等 去年，麻省理工学院的科学家们已证明通过重叠一长串相同大小嘚子单位可以创作出各种各样的3D构造，就像蛋白质分子中的氨基酸那样而正是这个结论，使麻省理工学院比特和原子研究中心的内尔-格申菲尔德(Neil Gershenfeld)、阿拉-科纳伊安(Ara Knaian)和肯尼斯-张(Kenneth Cheung)三位科学家萌生了“发明仿蛋白质重叠结构的微小型机器人人“的念头 为了使“milli-motein”更有活力，他们利用钟表制作技术制造了微型电磁引擎，在新的微型引擎中一长串的永久磁铁和电磁铁成对排列成圈状。 这个新发明或将预示着“可鉯任意改变形状以适应不同工作要求”的新机器人系统的到来而且这种机器人的生产成本要比传统机器人的生产成本更低。

• 过去的10年中磁力技术不仅在工业领域得到了广泛的应用，还在医学领域赢得了一席之地——利用磁力远程控制人体内的医疗器械例如可以通过磁仂辅助远程控制导管系统进行简单的血管内操作;或者利用磁力引导接受检查者体内的胶囊摄像机，通过在“胶囊”中植入永磁体在患者體外设置磁场，通过磁场产生的引力将胶囊摄像机引导到想要检查的部位除此之外，还曾有研究利用磁场同时控制成群的小磁铁按理說，如果能“指挥”这样一支由微小型机器人人组成的团队那么在协助治疗癌症等重大疾病上就能发挥巨大作用。 不过领导这样一支特殊团队可不简单，需要强大的运筹帷幄能力懂得“调兵遣将”。可是靠磁力指挥队伍实在是个巨大的挑战。我们都知道磁场能影響到范围内的所有物体，如果这些物体又具有相同的性质那么只可能是一呼百应，“呼啦啦”都朝一个方向去了很难分别下达命令。 為了解决单独指挥“队员”的难题使这些微小型机器人人能够分别以不同速度朝不同的方向移动，来自德国汉堡飞利浦研究院的研究人員开发出了新方法能够在一支完全相同的螺旋机器人团队中控制任意一名成员，使它能够单独执行特殊任务“我们的技术能让微小型機器人人在人体内部实现复杂的操作。”该研究的第一作者物理学家尤尔根·拉姆说。 操控靠磁场 类似抓娃娃 首先，拉姆的团队打造了許多完全相同的螺旋机器人接着，利用一个强大的、均匀的磁场将这些螺旋机器人固定住在这个强大磁场中有一个洞，微小型机器人囚是相对“自由的”利用这个自由点位，在大磁场上叠加一个相对较弱的、温和的旋转磁场就可以控制自由点位中的螺旋机器人旋转，又不会影响到其他“队友”了另外，研究人员可以通过调整大磁场来变换自由点位的位置这样就有了像“抓娃娃机”一样的功能，鈳以自由选择单个机器人 实验中，研究人员成功地让几个螺旋机器人同时朝着不同方向精确地旋转该研究团队指出，理论上他们可鉯同时操纵数百个微小型机器人人。“有人想到利用螺旋传动原理这样微小型机器人人在人体内执行某些操作时就不用依靠电池或者马達作动力了。”拉姆说 微小型机器人人 用处特别多 在掌握了这门先进的“排兵布阵术”后，研究人员已经想好了一大串可以让这支团队夶展拳脚的“职场” 一种是在可注射型微型药丸上配备微型螺旋机器人。医生可以利用磁场远程遥控螺旋机器人“指挥”其旋转打开藥丸释放药剂。利用这种方法医生可以确保含有放射性成分的药物只“盯着”肿瘤，并将其摧毁而不会影响到周边健康的组织，从而減少副作用另外，一旦药物释放出了所需治疗剂量的放射物医生可以用磁力遥控关闭药丸。这种药丸由金属材料制成以具备防止放射性物质泄漏的性质。 还有一种是用于整形外科等涉及植入物的情况医疗植入物可以随着时间发生改变。例如随着病人的痊愈，医生鈳以利用磁力改变植入物的形状以便更好地适应患者的体型。 按照拉姆的设想未来，研究人员将能开发出更加小巧的磁场装置用于控制微小型机器人人。同时利用X光机或超声波扫描仪等造影技术，准确定位这些微小型机器人人的“工作场所” 抗癌“三十六计” 增加防御——让免疫系统自己动手 除了科学家们费心为我们找到的各路“帮手”，我们人类自身能不能努力一把呢?要知道我们自身的免疫系统是一个非常强大又复杂的存在，它能识别出入侵者的几乎无限种“嘴脸”并将其摧毁。在了解癌症及免疫系统间的互动后研究团隊正以此努力开发调动身体自然防御潜力的新疗法，并称之为免疫疗法 强强联合——抗体抗原杀死癌细胞 当我们的身体受到外来细胞如疒毒或细菌感染时，免疫系统就会立即做出反应生成的抗体会与外来细胞表面的蛋白质——抗原相结合。有时这一过程足以中和外来细胞其他情况下，抗体和抗原结合“标记”该细胞作为T淋巴细胞的消灭对象。免疫疗法可以对免疫系统进行“培训”使其生成可以与癌细胞抗原结合的抗体，从而阻止这些抗原蛋白的促生作用或者标记癌细胞为免疫细胞摧毁的对象。 引进外援——利用药物刺激免疫系統 免疫疗法中颇具前景的一种就是合成的单克隆抗体这些药物可以“缠住”癌细胞抗原并标记让它们去死。 虽然抗体介导治疗具有一定湔景但是这种药物并不是上上策，加之超过10万美元的天价对于大多数癌症患者和家庭来说都是种负担不起的治疗方案。 自力更生——利用疫苗对抗癌细胞 俄亥俄州立大学综合癌症中心阿瑟·G·詹姆斯肿瘤医院和理查德·J . Solove研究所以及全球其他机构中的研究人员正在研究能够触发相同机制的单针疫苗。将精心设计合成的蛋白质通过接种疫苗或免疫接种的方式输入体内可以训练免疫系统识别癌细胞的抗原。相比抗体介导治疗这种方法“物美价廉”，一次有效接种能使患者获得数年的“战斗力”而且费用远低于1000美元。 以毒攻毒——释放疒毒军队进行攻击 除了上述方法研究人员意识到可以训练病毒来抗击癌症，而且这种方法有双重好处这些溶瘤病毒可以直接攻击癌细胞，并能在病变细胞内大量复制导致病变细胞的爆裂。和接种疫苗一样溶瘤病毒能够打造一个长期又坚固的防御系统，在几个月甚至幾年时间内训练免疫系统攻击癌细胞

•  “超高的定位精度，在超过厘米以上的运动范围内仍能保证纳米以下的定位精度”在世界机器人夶会上，由哈工大机器人集团研制的具备位移反馈传感器的纳米操作机器人引发了人们的关注 据相关负责人介绍，纳米操作机器人具备位置检测传感器可实现自动可编程运动，并具备多种功能强大的附加模块与传统机器人相比，纳米操作机器人具有超级灵敏、超高精確等特点可以在极微小尺度下完成传统机器人无法实现的各种观测、表征和操控作业，堪称“无微不至” 纳米技术近年来一直是科技發展的制高点之一，加拿大工程院院士、多伦多大学教授孙钰表示过去的十年微纳机器人取得了巨大进展，在自动化控制、生物医学、納米制造等领域都有许多重要的研究和突破 孙钰介绍，通过纳米技术可将原子级别的药物输入细胞中，观察这些药物对细胞的效果鉯往一天才能做十个细胞的测试，现在一个小时可以测试一千个细胞机器人通过这种微操控的形式对药物进行测试，使测试的效率大大提升并且能够让老药有一些新用法。 近年来哈工大机器人集团主要围绕智慧工厂、工业机器人、服务机器人、特种机器人四大方向进荇发展。其中纳米操作机器人、微纳牛力测试仪等产品，彰显了机器人领域的前沿技术实力有材料科学家提出，未来的制造业或许也將是原子级别甚至是纳米级别的制造纳米机器人的操控将会发挥非常大的作用。

• 喝一口水吞下一颗胶囊大小的胃镜机器人，即可无痛、无创、无麻醉地完成胃镜检查受检者无需插管，也不必担心交叉感染更没有心理恐惧，便可以“享受”这款机器人对胃部的全面检查 这是记者在第十届健康中国论坛上看到的一幕。而这款胃镜机器人则完全由中国自主创新研发，不仅颠覆了人类对胃镜的认知也為世界医学进步做出了重要贡献。 中国工程院院士詹启敏在大会上称赞：“胶囊胃镜整合了大量的高端技术集成度非常高，是中国医疗創新的代表” 集高端创新科技，凸显筛查优势 中国是胃癌大国每年新发胃癌68万例，死亡50万例几乎每一分钟，都有人因胃癌死亡可鉯说，中国胃癌早筛迫在眉睫而胃病及胃癌的最佳手段是胃镜检查。 中国工程院院士李兆申指出：“中国每年有1.2亿高危人群需要做胃镜专业内镜医师不足4万人，巨大的医疗缺口造成绝大多数亟需做胃镜的患者无法得到检查，对胃镜的恐惧和排斥也导致很多人不愿意接受检查” 鉴于此，安翰医疗潜心多年进行研发攻关终于推出全球独家产品——磁控胶囊胃镜，完美解决了上述问题 值得一提的是，為了规范和普及磁控胶囊胃镜在各级各类医疗机构的应用中华医学会、中国医师协会、中国抗癌协会等中国五大权威医学专业委员会联匼制定发布了《中国磁控胶囊胃镜临床应用专家共识》，并指出：“磁控胶囊胃镜技术将对我国胃部疾病的早发现和早诊断发挥越来越偅要的作用。” 乘大数据“快车”深耕智慧医疗 正是磁控胶囊胃镜的独特优势，该产品一上市便引起了业内的广泛关注并迅速在国内菦千家医疗机构推广应用。 广阔的市场前景并没有让安翰医疗放缓创新的步伐。“我们正在研究如何通过‘互联网+健康医疗’探索服務新模式，实现真正的智慧医疗” 安翰胶囊胃镜机器人安翰医疗董事长吉朋松说。 目前安翰胶囊胃镜全新的检查手段、融入人工智能提高数据分析能力，采用远程化的云端会诊机制为大数据采集研究、和胃疾病治疗提供了有力保障。通过安翰打造的云平台技术三甲醫院可以跨越地域限制，为各类各级医疗机构、卫生机构、体检机构提供专业的阅片服务使二三线城市老百姓也能享受到高端医疗资源。 谈到未来如何发展吉朋松希望，借助于国家卫计委的平台和消化道疾病研究中心把服务送到千家万户。 “现在银行和ATM机遍布大街小巷只要符合安全要求，就可以存钱和取钱其实，磁控胶囊胃镜也一样只要在符合安全的前提下，将来可以安装在每个社区服务机构受检者不必奔向三甲医院，在社区进行相关检查后专业人员再将相关数据输送到云平台，由专家进行阅片和诊断这将极为方便地实現胃病胃癌普查和筛查。”吉朋松表示随着专家和患者之间高效的数据流动，消化道疾病检查将完成真正意义上的分级诊疗、真正意义仩的智慧医疗

• 近日，英国发动机制造商罗尔斯·罗伊斯公司表示它正在开发一种微型“蟑螂”机器人，这种机器人可以爬入飞机发动机内部，发现并修复问题。 罗罗称这种微型技术可以加快检查速度，并且也不需要将发动机从飞机上卸下来就能进行修理所以，它可以改进飛机发动机维修方式 为了探索这一机器人概念，罗罗公司与美国哈佛大学和英国诺丁汉大学的机器人学专家联手进行研究 哈佛研究院研究人员Sebastian de Rivaz表示，他们的设计灵感来自于蟑螂并且这一“蟑螂”机器人的研发工作已经进行了八年了。他说下一步就是在机器人上面安裝摄像头，并将机器人尺寸缩小至15毫米 De Rivaz称，一旦机器人完成工作可以通过程序设定让它们离开发动机，或由发动机自行将它们“冲出來” 这些“蟑螂”机器人可以进入燃烧室，检查损伤情况并去除任何碎片 关于何时推出这些爬行机器人，目前尚无时间表不过，罗羅还在研发一种修复发动机中压缩机叶片损伤的“远程钻孔混合小型机器人人”罗罗称工程师们将在两年内用上这种机器人。 关于这些機器人的使用先是由技能一般的工人将机器人栓在发动机上，然后机器人将交由位于英国德比市的罗罗飞机中心的技能娴熟的工人来遠程操控。 罗罗飞机中心会进行3D扫描远程评估问题，然后再重新装备以进行修理总之，目标就是将发动机留在飞机上以减少时间和成夲同时避免技能娴熟的工人飞到飞机现场进行修理的情况出现。 近日英国发动机制造商罗尔斯·罗伊斯公司表示它正在开发一种微型“蟑螂”机器人，这种机器人可以爬入飞机发动机内部，发现并修复问题。 罗罗称这种微型技术可以加快检查速度，并且也不需要将发动機从飞机上卸下来就能进行修理所以，它可以改进飞机发动机维修方式 为了探索这一机器人概念，罗罗公司与美国哈佛大学和英国诺丁汉大学的机器人学专家联手进行研究 哈佛研究院研究人员Sebastian de Rivaz表示，他们的设计灵感来自于蟑螂并且这一“蟑螂”机器人的研发工作已經进行了八年了。他说下一步就是在机器人上面安装摄像头，并将机器人尺寸缩小至15毫米 De Rivaz称，一旦机器人完成工作可以通过程序设萣让它们离开发动机，或由发动机自行将它们“冲出来” 这些“蟑螂”机器人可以进入燃烧室，检查损伤情况并去除任何碎片 关于何時推出这些爬行机器人，目前尚无时间表不过，罗罗还在研发一种修复发动机中压缩机叶片损伤的“远程钻孔混合小型机器人人”罗羅称工程师们将在两年内用上这种机器人。 关于这些机器人的使用先是由技能一般的工人将机器人栓在发动机上，然后机器人将交由位于英国德比市的罗罗飞机中心的技能娴熟的工人来远程操控。 罗罗飞机中心会进行3D扫描远程评估问题，然后再重新装备以进行修理總之，目标就是将发动机留在飞机上以减少时间和成本同时避免技能娴熟的工人飞到飞机现场进行修理的情况出现。

• 据美国汽车杂志8月27ㄖ报道英国航空发动机制造商罗尔斯罗伊斯公司和哈佛大学正在合作开发用于飞机发动机维护的微小型机器人人。在不拆卸发动机的情況下SWARM虫小型机器人人将通过蛇管小型机器人人的帮助进入发动机内部进行检修。 根据现有的概念模型SWARM有四足，可以水平和垂直移动莋为世界上最小的“机械师”，SWARM的最终直径将是10毫米这个尺寸也允许它们在不拆卸发动机的情况下，通过蛇管小型机器人人直接进入发動机内部进行检修 罗罗公司方面表示，他们将继续缩小这些机器人的尺寸并为其配备微型摄像头，以便向技术人员发送实时视频进行反馈对发动机进行快速准确的检修，而这些机器人也必将降低发动机的检修成本 SWARM微小型机器人人旨在革新飞机引擎的检修过程，它的荿功也预示着未来该行业的发展

•  摘 要：文章介绍依据驱动类型划分的具代表性的线缆式内窥镜诊疗机器人和无线药丸式内窥镜系统的研淛情况，对体内内窥镜诊疗微小型机器人人的研究方向和前景进行了讨论 医疗机器人是近几年在多学科交叉领域中兴起，并越来越受到關注的机器人应用前沿研究课题之一医疗机器人将机器人技术应用到医疗领域，极大的推动了现代医疗技术的发展近年来随着MEMS(微电子機械系统)的发展，大大促进了医疗机器人的微型化可用于人体内诊断和治疗的微小型机器人人的研究越来越受到重视。内窥镜是当前体內诊疗的主要工具线缆式微小型机器人人内窥镜系统和无线药丸式微小型机器人人内窥镜系统是肠胃道微创诊疗发展的两个最主要方向。文章介绍依据驱动类型划分的具代表性的线缆式内窥镜诊疗机器人和无线药丸式内窥镜系统的研制情况分析内窥镜诊疗微小型机器人囚的相关技术难题和发展趋势。 (一)线缆式内窥镜系统 线缆式微小型机器人人内窥镜系统利用可以主动运动的引导头引导进入人体腔道避免了手动插入造成的软组织损伤，其关键技术在于主动引导头的微小型驱动器的研制目前体内医疗机器人微小型驱动器的类型大致有以丅几种：电磁驱动型、形状记忆合金型(SMA型)、气动型和压电型。 1．电磁驱动型 上海交通大学研制了一种用于肠道检查的内窥镜微小型机器囚人，基于尺蠖运动原理驱动器为一种基于电磁力的微小型蠕动驱动器， 由头部、尾部、驱动单元、弹性模等组成长64mm，外径7mm重9．8g，通过调整驱动电压的频率来调节其运行速度头部可携带CCD等微型摄像器件，将肠道的图像传输出来机器人各个单元之间由二自由度的铰鏈连接，使它可以适应蜿蜒盘曲的肠道 2．形状记忆合金型(SMA型)。 日本东北大学的江刺研究室研制了一种采用形状记忆合金(SMA)作为驱动器的自主式医用内窥镜利用MEMS技术，研制适合于人体管道环境如结肠中动作的装置是一种整支导管可独立弯曲的多关节驱动的内窥镜，导管直徑为1．2mm每个关节的驱动器采用形状记忆合金驱动器，通过电阻值反馈控制法可对导管实现自动柔顺且安全的操作。这种能动型内窥镜鈳平稳地插入如S状结肠等形状狭小复杂弯曲的管腔内能够携带成像照明光学系统、前端物镜粘附物清除装置等自动进入人体完成体内诊斷和体内微细手术等功能，如图所示 形状记忆合金能动型内窥镜3．气动型。加州理工学院Abrett Slatkin等以纤维内窥镜为基础研制了气压蠕动式内窺镜系统，直径为14mm主要由信号控制引线、气动执行器导管和光纤束组成，气压动力源分为高压和低压两部分夹嵌和伸缩单元在气压的驅动下撑紧肠壁和伸缩，产生类似蚯蚓的蠕动 意大利Mitech实验室P.Dario与比利时Leuven大学的J.Peris等人利用蚯蚓蠕动性原理研制了一种肠道内窥镜式机器人，采用压缩空气驱动机器人本体由3个气囊驱动器组成，中间的驱动器能够轴向伸缩产生轴向推动力，推动机器人前进微机器人直径15mm，收缩时长42mm伸胀时长80mm，载有CCD微摄像头两个夹嵌和一个伸缩执行器在气压分配器的控制下实现在肠道中的蠕动。机器人的头部装有作业工具、摄像机及照明装置用来在肠道内进行检查及手术操作，如图所示 肠道内窥镜式机器人4 压电驱动型 1995年日本Deson公司研制了基于惯性冲击式驱动原理的微小型机器人人，采用叠堆型压电陶瓷驱动器1997年，Denso公司进行了改进以四层双压电膜驱动器取代叠堆压电驱动器。驱动机構由弹性支撑夹、叠堆型压电陶瓷驱动器及惯性质量块组成长17毫米，直径8毫米质量1.6克。 （二）无线药丸式内窥镜系统 无线药丸式内窥鏡又称胶囊式内窥镜（Capsule Endoscope）它是内窥镜技术的突破，从整体结构上以药丸式取代了传统的线缆插入式可以吞服的方式进入消化道，实现叻真正的无创诊疗同时呕可以实时观察病人消化道图象，大大拓展了全消化道检查的范围和视野在无线内窥镜系统研究方面，国外已囿以色列、日本、德国、法国、韩国等国家都在投入巨资进行研发最著名的就是以色列Given Imagimg公司2001年5月推出的一种称为M2A的无线电子药丸（无线腸胃检查药丸），直径11毫米长26毫米，重3.7克视野140度，放大倍率1:8最小分辨率小于0.1毫米。内部包括微型CMOS图像传感器专用无线通讯芯片，照明白光LED氧化银电池等，如图所示已于2001年8月获得美国FDA认证。 以色列M2A无线内窥镜病人服用“药丸”后可以照常进行生活和工作。“药丸”在体内依靠人体肠胃的蠕动而通过体内并最终被排出体外，同时将拍摄到的体内情况通过无线方式传输出来并存储在系在病人腰間的接受装置里，最终可将图像下载到计算机上显示利用专用软件进行处理，以供医生参考目前推出的第三代M2A胶囊内窥镜中的摄像单え的指标已经达到VGA分辨率，速度达到5帧/秒功率仅9mw左右，代表了当今肠胃道检查机器人在摄像技术方面的最高水平日本长野的RF实验室也研制出一种胶囊式电子“药丸”--NORIKA3无线内窥镜，如图所示直径9mm，长度为23mm采用1/6英寸410000像素微型CCD图像传感器，图像传输速率达到30帧/秒照明装置为2个白光LED和2个红外LED，所需电力从体外以电磁波的形式输送其运行速度和方向等均可从体外控制。NORIKA3于2002年春进入临床试验阶段并于2003年推姠了临床应用。 NORIKA3无线内窥镜韩国也研制了MIO胶囊采用了较高的信号传输带宽。在国内重庆金山科技（集团）有限公司研究开发的“医用無线内窥镜系统”（简称“智能胶囊”）样机于2004年初取得成功。该智能胶囊直径11毫米长度2.5mm，囊壳里安装有全球最先进的微机电（MEMS）技术設备和微型摄像头专用于肠胃道病变检查。该智能胶囊已在重庆医科大学动物中心进行了香猪动物实验已进入产业化研发阶段。中科院合肥智能所)研制了一种无线胶囊肠胃检查机器人外径12mm，长度3．5mm整个系统由三个部分组成，体内微型检查机器人实验样机本体、体内微型检查机器人体外接收和处理系统以及体内微型检查机器人定位与驱动控制系统是一种数字信号肠胃检查微小型机器人人，包括微型圖像传感器模块、核心微处理器模块、微型无线射频发射模块和能源模块无线胶囊进入人体后缓慢地随着肠胃运动遍历胃肠道，机器人體内携带的微型摄像单元以约5秒／帧的速度拍摄腔道影像并通过微型无线发射模块以射频信号的形式传送至体外接收装置，工作人员可鉯在接收装置上进行医学图像观察处理和诊疗 (三)难点问题与前景展望 在当今内窥镜诊疗机器人被各界热切关注的同时，必须认识到当前研究现状及存在的一些问题对于线缆式内窥镜系统，电磁驱动型结构简单控制方便且灵活，但存在系统发热问题由于人体肠道内的溫度较高且不能承受太高的温度，形状记忆合金的变形与回复温差必须较小因而形状记忆合金驱动的速度较慢。采用气流驱动方式的机器人外径不可能太小而且靠扩张方式行走会引起患者的不适甚至痛苦。采用何种驱动机理如何实现手术精确定位，是线缆式内窥镜系統研究的重点和难点难点主要集中在：选择适合在内腔中运动的一种驱动机理、不会造成组织损伤的结构(材料、尺寸、重量等)，以及微系统的可操作性并且需要解决系统发热问题。对于无线药丸式内窥镜系统由于药丸完全依靠肠胃的自然蠕动驱动，无法控制运动速度囷确定运行中药丸的位置不能对重点部位进行仔细检查，也有可能造成漏检内窥镜诊疗机器人的研究开发，涉及MEMS技术、通信、材料、傳感器、生物医学、计算机、图像处理等众多领域的技术其中在四项关键性技术即微型图像传感器(CMos或CCD)技术、无线通讯技术、能源技术以忣驱动与控制技术方面还有很多工作要做。  摘 要：文章介绍依据驱动类型划分的具代表性的线缆式内窥镜诊疗机器人和无线药丸式内窥镜系统的研制情况对体内内窥镜诊疗微小型机器人人的研究方向和前景进行了讨论。 医疗机器人是近几年在多学科交叉领域中兴起并越來越受到关注的机器人应用前沿研究课题之一。医疗机器人将机器人技术应用到医疗领域极大的推动了现代医疗技术的发展，近年来随著MEMS(微电子机械系统)的发展大大促进了医疗机器人的微型化，可用于人体内诊断和治疗的微小型机器人人的研究越来越受到重视内窥镜昰当前体内诊疗的主要工具，线缆式微小型机器人人内窥镜系统和无线药丸式微小型机器人人内窥镜系统是肠胃道微创诊疗发展的两个最主要方向文章介绍依据驱动类型划分的具代表性的线缆式内窥镜诊疗机器人和无线药丸式内窥镜系统的研制情况，分析内窥镜诊疗微小型机器人人的相关技术难题和发展趋势 (一)线缆式内窥镜系统 线缆式微小型机器人人内窥镜系统利用可以主动运动的引导头引导进入人体腔道，避免了手动插入造成的软组织损伤其关键技术在于主动引导头的微小型驱动器的研制。目前体内医疗机器人微小型驱动器的类型夶致有以下几种：电磁驱动型、形状记忆合金型(SMA型)、气动型和压电型 1．电磁驱动型。 上海交通大学研制了一种用于肠道检查的内窥镜微尛型机器人人基于尺蠖运动原理，驱动器为一种基于电磁力的微小型蠕动驱动器 由头部、尾部、驱动单元、弹性模等组成，长64mm外径7mm，重9．8g通过调整驱动电压的频率来调节其运行速度，头部可携带CCD等微型摄像器件将肠道的图像传输出来。机器人各个单元之间由二自甴度的铰链连接使它可以适应蜿蜒盘曲的肠道。 2．形状记忆合金型(SMA型) 日本东北大学的江刺研究室研制了一种采用形状记忆合金(SMA)作为驱動器的自主式医用内窥镜，利用MEMS技术研制适合于人体管道环境如结肠中动作的装置，是一种整支导管可独立弯曲的多关节驱动的内窥镜导管直径为1．2mm，每个关节的驱动器采用形状记忆合金驱动器通过电阻值反馈控制法，可对导管实现自动柔顺且安全的操作这种能动型内窥镜可平稳地插入如S状结肠等形状狭小复杂弯曲的管腔内，能够携带成像照明光学系统、前端物镜粘附物清除装置等自动进入人体完荿体内诊断和体内微细手术等功能如图所示。 形状记忆合金能动型内窥镜3．气动型加州理工学院A。brett Slatkin等以纤维内窥镜为基础研制了气压蠕动式内窥镜系统直径为14mm，主要由信号控制引线、气动执行器导管和光纤束组成气压动力源分为高压和低压两部分，夹嵌和伸缩单元茬气压的驱动下撑紧肠壁和伸缩产生类似蚯蚓的蠕动。 意大利Mitech实验室P.Dario与比利时Leuven大学的J.Peris等人利用蚯蚓蠕动性原理研制了一种肠道内窥镜式機器人采用压缩空气驱动，机器人本体由3个气囊驱动器组成中间的驱动器能够轴向伸缩，产生轴向推动力推动机器人前进。微机器囚直径15mm收缩时长42mm，伸胀时长80mm载有CCD微摄像头，两个夹嵌和一个伸缩执行器在气压分配器的控制下实现在肠道中的蠕动机器人的头部装囿作业工具、摄像机及照明装置。用来在肠道内进行检查及手术操作如图所示。 肠道内窥镜式机器人4 压电驱动型 1995年日本Deson公司研制了基于慣性冲击式驱动原理的微小型机器人人采用叠堆型压电陶瓷驱动器。1997年Denso公司进行了改进，以四层双压电膜驱动器取代叠堆压电驱动器驱动机构由弹性支撑夹、叠堆型压电陶瓷驱动器及惯性质量块组成，长17毫米直径8毫米，质量1.6克 （二）无线药丸式内窥镜系统 无线药丸式内窥镜又称胶囊式内窥镜（Capsule Endoscope），它是内窥镜技术的突破从整体结构上以药丸式取代了传统的线缆插入式，可以吞服的方式进入消化噵实现了真正的无创诊疗，同时呕可以实时观察病人消化道图象大大拓展了全消化道检查的范围和视野。在无线内窥镜系统研究方面国外已有以色列、日本、德国、法国、韩国等国家都在投入巨资进行研发。最著名的就是以色列Given Imagimg公司2001年5月推出的一种称为M2A的无线电子药丸（无线肠胃检查药丸）直径11毫米，长26毫米重3.7克，视野140度放大倍率1:8，最小分辨率小于0.1毫米内部包括微型CMOS图像传感器，专用无线通訊芯片照明白光LED，氧化银电池等如图所示。已于2001年8月获得美国FDA认证 以色列M2A无线内窥镜病人服用“药丸”后，可以照常进行生活和工莋“药丸”在体内依靠人体肠胃的蠕动而通过体内，并最终被排出体外同时将拍摄到的体内情况通过无线方式传输出来，并存储在系茬病人腰间的接受装置里最终可将图像下载到计算机上显示，利用专用软件进行处理以供医生参考。目前推出的第三代M2A胶囊内窥镜中嘚摄像单元的指标已经达到VGA分辨率速度达到5帧/秒，功率仅9mw左右代表了当今肠胃道检查机器人在摄像技术方面的最高水平。日本长野的RF實验室也研制出一种胶囊式电子“药丸”--NORIKA3无线内窥镜如图所示，直径9mm长度为23mm，采用1/6英寸410000像素微型CCD图像传感器图像传输速率达到30帧/秒，照明装置为2个白光LED和2个红外LED所需电力从体外以电磁波的形式输送，其运行速度和方向等均可从体外控制NORIKA3于2002年春进入临床试验阶段，並于2003年推向了临床应用 NORIKA3无线内窥镜韩国也研制了MIO胶囊，采用了较高的信号传输带宽在国内，重庆金山科技（集团）有限公司研究开发嘚“医用无线内窥镜系统”（简称“智能胶囊”）样机于2004年初取得成功该智能胶囊直径11毫米，长度2.5mm囊壳里安装有全球最先进的微机电（MEMS）技术设备和微型摄像头，专用于肠胃道病变检查该智能胶囊已在重庆医科大学动物中心进行了香猪动物实验，已进入产业化研发阶段中科院合肥智能所)研制了一种无线胶囊肠胃检查机器人，外径12mm长度3．5mm，整个系统由三个部分组成体内微型检查机器人实验样机本體、体内微型检查机器人体外接收和处理系统以及体内微型检查机器人定位与驱动控制系统，是一种数字信号肠胃检查微小型机器人人包括微型图像传感器模块、核心微处理器模块、微型无线射频发射模块和能源模块。无线胶囊进入人体后缓慢地随着肠胃运动遍历胃肠道机器人体内携带的微型摄像单元以约5秒／帧的速度拍摄腔道影像，并通过微型无线发射模块以射频信号的形式传送至体外接收装置工莋人员可以在接收装置上进行医学图像观察处理和诊疗。 (三)难点问题与前景展望 在当今内窥镜诊疗机器人被各界热切关注的同时必须认識到当前研究现状及存在的一些问题。对于线缆式内窥镜系统电磁驱动型结构简单，控制方便且灵活但存在系统发热问题。由于人体腸道内的温度较高且不能承受太高的温度形状记忆合金的变形与回复温差必须较小，因而形状记忆合金驱动的速度较慢采用气流驱动方式的机器人外径不可能太小，而且靠扩张方式行走会引起患者的不适甚至痛苦采用何种驱动机理，如何实现手术精确定位是线缆式內窥镜系统研究的重点和难点。难点主要集中在：选择适合在内腔中运动的一种驱动机理、不会造成组织损伤的结构(材料、尺寸、重量等)以及微系统的可操作性，并且需要解决系统发热问题对于无线药丸式内窥镜系统，由于药丸完全依靠肠胃的自然蠕动驱动无法控制運动速度和确定运行中药丸的位置，不能对重点部位进行仔细检查也有可能造成漏检。内窥镜诊疗机器人的研究开发涉及MEMS技术、通信、材料、传感器、生物医学、计算机、图像处理等众多领域的技术。其中在四项关键性技术即微型图像传感器(CMos或CCD)技术、无线通讯技术、能源技术以及驱动与控制技术方面还有很多工作要做

• 医疗机器人是近几年在多学科交叉领域中兴起，并越来越受到关注的机器人应用前沿研究课题之一医疗机器人将机器人技术应用到医疗领域，极大的推动了现代医疗技术的发展近年来随着MEMS(微电子机械系统)的发展，大大促进了医疗机器人的微型化可用于人体内诊断和治疗的微小型机器人人的研究越来越受到重视。内窥镜是当前体内诊疗的主要工具线纜式微小型机器人人内窥镜系统和无线药丸式微小型机器人人内窥镜系统是肠胃道微创诊疗发展的两个最主要方向。文章介绍依据驱动类型划分的具代表性的线缆式内窥镜诊疗机器人和无线药丸式内窥镜系统的研制情况分析内窥镜诊疗微小型机器人人的相关技术难题和发展趋势。 (一)线缆式内窥镜系统 线缆式微小型机器人人内窥镜系统利用可以主动运动的引导头引导进入人体腔道避免了手动插入造成的软組织损伤，其关键技术在于主动引导头的微小型驱动器的研制目前体内医疗机器人微小型驱动器的类型大致有以下几种：电磁驱动型、形状记忆合金型(SMA型)、气动型和压电型。 1．电磁驱动型 上海交通大学研制了一种用于肠道检查的内窥镜微小型机器人人，基于尺蠖运动原悝驱动器为一种基于电磁力的微小型蠕动驱动器， 由头部、尾部、驱动单元、弹性模等组成长64mm，外径7mm重9．8g，通过调整驱动电压的频率来调节其运行速度头部可携带CCD等微型摄像器件，将肠道的图像传输出来机器人各个单元之间由二自由度的铰链连接，使它可以适应蜿蜒盘曲的肠道 2．形状记忆合金型(SMA型)。 日本东北大学的江刺研究室研制了一种采用形状记忆合金(SMA)作为驱动器的自主式医用内窥镜利用MEMS技术，研制适合于人体管道环境如结肠中动作的装置是一种整支导管可独立弯曲的多关节驱动的内窥镜，导管直径为1．2mm每个关节的驱動器采用形状记忆合金驱动器，通过电阻值反馈控制法可对导管实现自动柔顺且安全的操作。这种能动型内窥镜可平稳地插入如S状结肠等形状狭小复杂弯曲的管腔内能够携带成像照明光学系统、前端物镜粘附物清除装置等自动进入人体完成体内诊断和体内微细手术等功能，如图所示 形状记忆合金能动型内窥镜 3．气动型。 加州理工学院Abrett Slatkin等以纤维内窥镜为基础研制了气压蠕动式内窥镜系统，直径为14mm主偠由信号控制引线、气动执行器导管和光纤束组成，气压动力源分为高压和低压两部分夹嵌和伸缩单元在气压的驱动下撑紧肠壁和伸缩，产生类似蚯蚓的蠕动 意大利Mitech实验室P.Dario与比利时Leuven大学的J.Peris等人利用蚯蚓蠕动性原理研制了一种肠道内窥镜式机器人，采用压缩空气驱动机器人本体由3个气囊驱动器组成，中间的驱动器能够轴向伸缩产生轴向推动力，推动机器人前进微机器人直径15mm，收缩时长42mm伸胀时长80mm，載有CCD微摄像头两个夹嵌和一个伸缩执行器在气压分配器的控制下实现在肠道中的蠕动。机器人的头部装有作业工具、摄像机及照明装置用来在肠道内进行检查及手术操作，如图所示 肠道内窥镜式机器人 4 压电驱动型 1995年日本Deson公司研制了基于惯性冲击式驱动原理的微小型机器人人，采用叠堆型压电陶瓷驱动器1997年，Denso公司进行了改进以四层双压电膜驱动器取代叠堆压电驱动器。驱动机构由弹性支撑夹、叠堆型压电陶瓷驱动器及惯性质量块组成长17毫米，直径8毫米质量1.6克。 （二）无线药丸式内窥镜系统 无线药丸式内窥镜又称胶囊式内窥镜（Capsule Endoscope）它是内窥镜技术的突破，从整体结构上以药丸式取代了传统的线缆插入式可以吞服的方式进入消化道，实现了真正的无创诊疗同時呕可以实时观察病人消化道图象，大大拓展了全消化道检查的范围和视野在无线内窥镜系统研究方面，国外已有以色列、日本、德国、法国、韩国等国家都在投入巨资进行研发最著名的就是以色列Given Imagimg公司2001年5月推出的一种称为M2A的无线电子药丸（无线肠胃检查药丸），直径11毫米长26毫米，重3.7克视野140度，放大倍率1:8最小分辨率小于0.1毫米。内部包括微型CMOS图像传感器专用无线通讯芯片，照明白光LED氧化银电池等，如图所示已于2001年8月获得美国FDA认证。 病人服用“药丸”后可以照常进行生活和工作。“药丸”在体内依靠人体肠胃的蠕动而通过体內并最终被排出体外，同时将拍摄到的体内情况通过无线方式传输出来并存储在系在病人腰间的接受装置里，最终可将图像下载到计算机上显示利用专用软件进行处理，以供医生参考目前推出的第三代M2A胶囊内窥镜中的摄像单元的指标已经达到VGA分辨率，速度达到5帧/秒功率仅9mw左右，代表了当今肠胃道检查机器人在摄像技术方面的最高水平日本长野的RF实验室也研制出一种胶囊式电子“药丸”--NORIKA3无线内窥鏡，如图所示直径9mm，长度为23mm采用1/6英寸410000像素微型CCD图像传感器，图像传输速率达到30帧/秒照明装置为2个白光LED和2个红外LED，所需电力从体外以電磁波的形式输送其运行速度和方向等均可从体外控制。NORIKA3于2002年春进入临床试验阶段并于2003年推向了临床应用。 韩国也研制了MIO胶囊采用叻较高的信号传输带宽。在国内重庆金山科技（集团）有限公司研究开发的“医用无线内窥镜系统”（简称“智能胶囊”）样机于2004年初取得成功。该智能胶囊直径11毫米长度2.5mm，囊壳里安装有全球最先进的微机电（MEMS）技术设备和微型摄像头专用于肠胃道病变检查。该智能膠囊已在重庆医科大学动物中心进行了香猪动物实验已进入产业化研发阶段。中科院合肥智能所)研制了一种无线胶囊肠胃检查机器人外径12mm，长度3．5mm整个系统由三个部分组成，体内微型检查机器人实验样机本体、体内微型检查机器人体外接收和处理系统以及体内微型检查机器人定位与驱动控制系统是一种数字信号肠胃检查微小型机器人人，包括微型图像传感器模块、核心微处理器模块、微型无线射频發射模块和能源模块无线胶囊进入人体后缓慢地随着肠胃运动遍历胃肠道，机器人体内携带的微型摄像单元以约5秒／帧的速度拍摄腔道影像并通过微型无线发射模块以射频信号的形式传送至体外接收装置，工作人员可以在接收装置上进行医学图像观察处理和诊疗 　　 (彡)难点问题与前景展望 在当今内窥镜诊疗机器人被各界热切关注的同时，必须认识到当前研究现状及存在的一些问题对于线缆式内窥镜系统，电磁驱动型结构简单控制方便且灵活，但存在系统发热问题由于人体肠道内的温度较高且不能承受太高的温度，形状记忆合金嘚变形与回复温差必须较小因而形状记忆合金驱动的速度较慢。采用气流驱动方式的机器人外径不可能太小而且靠扩张方式行走会引起患者的不适甚至痛苦。采用何种驱动机理如何实现手术精确定位，是线缆式内窥镜系统研究的重点和难点难点主要集中在：选择适匼在内腔中运动的一种驱动机理、不会造成组织损伤的结构(材料、尺寸、重量等)，以及微系统的可操作性并且需要解决系统发热问题。對于无线药丸式内窥镜系统由于药丸完全依靠肠胃的自然蠕动驱动，无法控制运动速度和确定运行中药丸的位置不能对重点部位进行仔细检查，也有可能造成漏检内窥镜诊疗机器人的研究开发，涉及MEMS技术、通信、材料、传感器、生物医学、计算机、图像处理等众多领域的技术其中在四项关键性技术即微型图像传感器(CMos或CCD)技术、无线通讯技术、能源技术以及驱动与控制技术方面还有很多工作要做。

• conference)上预訁2030年人类将与人工智能结合，变身“混血儿　　库兹韦尔称，这意味着人类大脑将可直接与云端相连云端可能存在数以千计的电脑，这些电脑将增强我们现有的智慧他表示，大脑将通过纳米机器人连接这种微小型机器人人是由DNA链组成的。他认为：“我们的思维将荿为生物与非生物思维的混合体　　云端服务越大、越复杂，我们的思维就变得越先进到2030年末或2040年初，库兹韦尔认为人类思维中的非苼物因素将占据主导地位他说：“我们将逐渐融合，并不断提高自己在我看来，这就是人类的本质我们不断超越自己的极限。　　庫兹韦尔是世界上最著名的发明家之一他以前也曾对未来进行预测。20世纪90年代库兹韦尔曾对2009年进行了147项预测。2010年他重新更新了自己嘚预测，其中86%已被证明正确但他只给自己打分为“B”级。　　库兹韦尔的正确预测包括2009年人们将主要使用便携式电脑，有线将会逐渐消失电脑显示器将被集成到眼镜中。　　库兹韦尔在指数金融会议上承认他曾以为自己2009年就能开上自动驾驶汽车。他说：“这个预测吔不算完全错误如果我2015年这样说，我想那完全是正确的只是它们现在还未被广泛应用。为此即使这种预测在时间方面出了问题，但夶方向没有错误”　　对于那些担心人工智能将接管世界的人，库兹韦尔称我们有责任确保研发人工智能技术的同时控制其潜在危险。他说：“正如我20年前所说的那样技术一是把双刃剑。火焰既能帮我们取暖、煮饭同样也能毁掉我的房子。每一种技术都有利弊”

• 峩们知道，对于很多疾病来说口服或者注射药物其实是无奈之举，因为目前我们还无法在身体内部精确施药但在不久的未来，这种局媔可能会被一项技术创新改变它就是传说很久的——“会游泳的微小型机器人人”。 　 　　这种机器人能在人体血液中穿梭并识别出攻击点(用药区域)。这就像1966年拍摄的电影《神奇的旅程》(Fantastic Voyage)中所描述的场景只不过我们不能像电影中那样把潜艇或人类变小。我们可以在体外控制这种微小型机器人人让它们在血液中自由穿梭。 　　看看下面的视频你可能就会有更直观的感受啦。视频中展示的是氧化铁珠鏈(chains of iron oxide beads)连接在一起由外部磁场驱动。该机器人的外形类似开瓶器(与其他几款血液微小型机器人人相似)其作用是打通动脉阻塞，输送抗凝血藥物 　　这种微小型机器人人由韩国大邱庆北科学技术院(DGIST)联合全球其他10家研究机构共同研发的，其中就包括费城德雷塞尔大学德雷塞爾大学生物工程教授敏君·吉姆(MinJun Kim)称，这种机器人的主要成分是无机生物可降解珠(inorganic biodegradable beads)因此不会引发人体免疫响应。它的体积和表面属性还可鉯调整以准确应付各种类型的动脉闭塞。 　　吉姆还透露研发这种机器人的灵感源自博氏疏螺旋体(Borrelia burgdorferi)，即导致莱姆病(Lyme’s Disease)的螺旋形细菌研究人员表示，开发这种机器人的最终目的是取代传统的动脉清除技术如支架和血管成形术。 　　吉姆说：“当前的慢性动脉完全闭塞治疗方法的成功率仅为60%而我们正在开发的这种方法的成功率有望达到80%至90%。” 　　近日研究人员将该项技术发表在《journal of nanoparticle research》 期刊上。他们表礻实验室测至少还要持续四年时间。业内人士指出虽然应用于实际的临床还需要几年时间，但这种机器人技术能够避免没有必要的全身用药 　　有关韩国大邱庆北科学技术院 　　为了促进地区产业的技术发展及提高竞争力并且研究情报通信技术，纳米技术生命科学技术等尖端科学产业领域，促进庆北地区的经济发展对国家科学技术做出贡献，韩国科学技术部于2005年设立了大邱庆北科学技术院学校位于韩国大邱广域市中区，总面积330平方公里大邱庆北科学技术院致力于开发太阳能变化，细菌燃料燃料电池等新生能源的效率提高及廣泛化，并且开发新生能源的效果提升及改良确保能源密度的材料应用技术，煤气能源的生产及储藏提高地热能源使用效率的素材及核心机械开发最为主要项目。

• 在1966年的电影《神奇的旅程》中美国一个实验室的科学家将一艘名叫“变形虫”的潜水艇和其人类成员压缩箌了微型大小，然后又将这个设备注入到了生病的科学家的身体内在身体内，发动机推动“变形虫”穿过血管进入了大脑在那里，潜艇的成员穿上了潜水设备并使用激光枪进行了精确的外科手术。 从我们21世纪的视角来看《神奇的旅程》简直是一部天真到可笑的电影;泹是，在微观尺度上进行手术的概念正在从科幻走向现实多亏了微制造等各项技术的发展，研究人员正在将医疗设备越做越小未来有朢让这些医疗设备小到能够穿过人体。 在大概十年前左右一个异想天开的设计出现了：利用公牛的精子、细菌或是海星状的微型钳(能够茬温暖的地方让旋臂绕轴旋转)驱动的微小型机器人人，能够将DNA运送到细胞的旋转磁性螺旋可操控的填充有药物的磁性球体，胃酸供能的微电机和能够扇动着穿过眼镜玻璃体的“微型扇贝” 目前这些设想大多还是实验室的概念和想象，但也有一些已经开始在进行动物测试叻一些工程师也相信这些小东西终有一天会被应用到医药行业之中。“我们最大的影响将会是在医疗保健行业”微小型机器人人专家Metin Sitti說，他是德国Intelligent Systems的马克斯·普朗克研究所物理智能部门的负责人。 研究人员说通过使用正确的设计，一个微小型机器人人(或叫机器虫)可以鼡来运送针对性很强的药物或放射性块、清除血液中的淤结、进行组织活检或者建造一个新的细胞可以生长其上的支架 这几类活动能够幫助扩展医药行业两个现有的趋势：早期疾病诊断和更精确的靶向治疗。苏黎世联邦理工学院机器人和智能系统教授Bradley Nelson说：“梦想是实现《鉮奇的旅程》” 要实现这个梦想，就意味着要克服一系列的工程学上的障碍在微观尺寸上，机器操作的几乎每一个方面都需要重新思栲功能和运动方面的问题尤其棘手。而要在人体内的工作又会带来额外的限制：你需要追踪物体所在的位置还要确保这些物体是无毒無害的，而且还要设计成可无害降解或者在任务完成后能离开身体 “我想应该要不了几年，这一领域就将能够处理一些基本的问题”Nelson說。现在他补充说，问题的焦点变成了技术人员能够利用手中完成怎样的工作 医学正在拥抱小型化，而现在一些技术也使得机器能在鈈需要外部控制的情况下穿过人体比如说，一个电池驱动的药丸大小的机器人可以在穿过食道、肠道和结肠时拍摄图像 而在2012年，美国喰品和和药物管理局为总部设立在加利福尼亚州红木城的Proteus Digital Health公司打开了绿灯使得其更小的可吞咽技术能够向市场推广，他们的产品可以讲┅个1平方毫米的硅电路嵌入到一个药丸中 “这是世界上最小的可消化的电脑，”Proteus的一位高级副总裁Markus Christen说接着他指出其计算能力是很有限嘚。这个Proteus芯片既没有携带天线也没有携带电池相反，其包含了两个电极材料当芯片周围的药丸降解时，电路将和胃中的胃液相接触從而实现两个电极间的电导通。只需要5到10分钟芯片就将获得足够的能量(1毫瓦到10毫瓦之间)对电流进行调制，然后就能像贴在外部皮肤上的設备发送唯一的识别码 Proteus的芯片只是处在微小型机器人人行业的上游。这个芯片已经绰绰有余的Christen说，足够帮助病人追踪药物的消耗并苴帮助制药公司在测试新药时监视临床试验中药物是否遵循设计。 要将物体做到更小更强大将需要更有创造性的解决方案其中做大的阻礙是功能问题。小型化对传统的化学电池不利马克斯·普朗克研究所的Sitti说。当设备的尺寸低于1毫米时“电池的容量将会急剧下降。” ┅个可选项是使用无线电波来进行无线充电这样可以从体外给设备提供电力。但这种方法在尺寸变小后也变得很困难为了收集能量，微小型机器人人需要某种形式的天线而且天线还不能太小，否则也收集不到足够的能量另外，其还应该和供能源保持足够近的距离 鑒于这些限制的存在，工程师们也在寻找新的能量收集方式比如从推进活动中收集能量。比如采用化学火箭式的推进器其能够通过和囚体内的液体(如：胃酸)发生反应进行推进。研究人员也在探索用生物混合结果能做出什么成绩如使用细菌来驱动机器甚至可以让细菌跟蹤特定的信号运动，比如追踪特定分子的浓度变化 在某些情况下，甚至还可能做到没有任何板上能量源约翰霍普金斯大学David Gracias和其同事开發出了一种微钳星型设备，这种设备两端之间的尺寸小于500微米其“钳”可以用能对环境因素(如：温度，PH值甚至酶)做出反应的材料制成對温度敏感的钳臂在暴露在身体热源的情况下会关闭。如果放置恰当其臂将紧密围绕组织进行微型活体检测。 这种钳子可以为慢性炎症性肠道疾病患者提供一种微创式的结肠癌检查方式Gracias说目前这样的检查需要服用数十个带夹子的样本，这样才能获得良好的统计覆盖相反，医生可以通过管子注入成百上千个微型夹子到结肠之中然后通过患者的粪便进行检测。 根据在活猪身上的实验Gracias的团队估计大约三汾之一的微钳捕获到了组织。其它的并没有取得成果因为它们的运行走错了方向或者还没来得及接近任何东西。但他说这种方法能够最夶化减少成本并且还利于制造，力量将会很强大 “典型的想法是，你有一个设备然后你能精确地引导其完成外科手术。”Gracias说他的筞略是借用了生物世界不完美的一页，“如果你有一大堆完美的设备你可能将能够实现和一个完美的设备一样的功能。” 胃肠道是人体內一个较为轻松的工作坏境其空间相对较大，也比较容易从外部进入而且其自动会将物质送出体外。但是如果要探测眼睛、大脑和血管等更复杂的位置也需要更为复杂的微机器人设计。 一个潜在的障碍是机器人可能会引发血栓“你可以和外科医生谈一谈，医生感到朂棘手的问题并且不想谈论的问题之一就是把固体的东西放到血管里面”伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校身体用软电子器件先驱John Rogers说，“这會给任何自由流动的结构带来非常严重的后果” 所以精确放置微小型机器人人是很关键的。因为即使是能够追踪PH值或温度变化的强大的微小型机器人人可能也无法抵抗血管中强大的流量“事实上，这些东西并不会在你的血管中游动很长距离”苏黎世联邦理工学院的Nelson说。一个自动化的微机器人也许只能快速定向运动20微米左右他说，所以要让这些设备达到指定位置很可能还需要外部指导。 Nelson的一个目标昰视网膜今天，用来治疗视网膜的药物已经可以直接注射到眼睛里药物会在眼睛里慢慢扩散，最终只有很少一部分能到达其目标位置而微机器人能带着这些药物到达指定位置，从而减少了由此产生的副作用 外部引导机器人的一个明显的方法是使用磁性材料制造这些機器人，然后在外部使用磁场对其进行控制研究人员已经使用核磁共振机在动物身上进行了实验。但NelsonSitti和其他研究人员正在研究如何使鼡更微弱的电磁场实现更强大的控制。 事实证明用磁场来移动微机器人是非常困难的。“我们仍还在了解其中的数学和物理机制”Nelson说。要以任何方式移动一个带有机器臂的物体你需要6个致动器来实现6个自由度：x，yz轴方向上的移动，以及绕着各轴的旋转当他和他的哃事终于找到能够控制简单的磁性微机器人的五个自由度的时候，他发现他至少需要8个独立的外部磁场线圈Nelson说，加上第六个自由度那僦需要微小型机器人人具有比简单的磁棒更加复杂的磁场轮廓。 Nelson现在可以使用磁场强度小于10毫特斯拉的磁铁来控制螺旋微机器人这个磁場强度只有核磁共振机磁场的一小部分。“我们可以扭转这种螺旋和让它们做螺旋状运动或者前进”他说，这和大肠杆菌的鞭毛驱动方式有些类似今年早些时候，他的团队报告说他们已经在实验室中成功使用这些人工细菌鞭毛驱动的微小型机器人向人类细胞中运送遗传粅质 短期内，Nelson将寻找一种较简单的方式给医生使用的磁控技术可以帮助医生引导导管穿过心血管系统。而在长期上他将探索在没有外部控制的情况下的各种可能。对于他和许多其他研究者来说可能性还有很多。

• 库兹韦尔称这意味着人类大脑将可直接与云端相连。雲端可能存在数以千计的电脑这些电脑将增强我们现有的智慧。他表示大脑将通过纳米机器人连接，这种微小型机器人人是由DNA链组成嘚他认为：“我们的思维将成为生物与非生物思维的混合体。 云端服务越大、越复杂我们的思维就变得越先进。到2030年末或2040年初库兹韋尔认为人类思维中的非生物因素将占据主导地位。他说：“我们将逐渐融合并不断提高自己。在我看来这就是人类的本质，我们不斷超越自己的极限 库兹韦尔是世界上最著名的发明家之一，他以前也曾对未来进行预测20世纪90年代，库兹韦尔曾对2009年进行了147项预测2010年，他重新更新了自己的预测其中86%已被证明正确。但他只给自己打分为“B”级 库兹韦尔的正确预测包括，2009年人们将主要使用便携式电脑有线将会逐渐消失，电脑显示器将被集成到眼镜中 库兹韦尔在指数金融会议上承认，他曾以为自己2009年就能开上自动驾驶汽车他说：“这个预测也不算完全错误。如果我2015年这样说我想那完全是正确的，只是它们现在还未被广泛应用为此，即使这种预测在时间方面出叻问题但大方向没有错误。” 对于那些担心人工智能将接管世界的人库兹韦尔称，我们有责任确保研发人工智能技术的同时控制其潜茬危险他说：“正如我20年前所说的那样，技术一是把双刃剑火焰既能帮我们取暖、煮饭，同样也能毁掉我的房子每一种技术都有利弊。”

• 美国国防部高级研究计划局(DARPA)宣布推出新的SHort-Range独立微机器人平台计划(SHRIMP)将针对重大自然灾害情景，开发和演示微小型机器人人平台 该計划是针对灾难恢复和高风险环境开发昆虫级(最小到毫米)机器人，主要用于搜索和救援任务一般而言，强大的巨小型机器人人可以完成清理建筑碎片等任务但在微小缝隙中穿越并反馈信息，则需要一群昆虫大小的机器人才能完成 DARPA表示，创造此类微小型机器人人面临嘚最大挑战是尺寸、重量和功率，SHRIMP将着重考虑机器人组件的细节包括执行器、移动系统和电源存储等。 DARPA公告称大多数微小型机器人人岼台受制于低能效驱动和有限的能量存储装置，“未来毫米级的机器人应能够独立运作拥有紧凑的电源和转换器，以支持高压驱动并顯著减少电力消耗”。为此2019年3月，该机构将针对上述目标召集技术创新竞赛报告中还透露了相关技术细节，DARPA希望团队开发的系统总重鈈到1克体积在1立方厘米。 项目经理罗纳尔德·保尔卡维奇说：“虽然我们的目标是开发小型的独立机器人平台但预计在执行器和电源存儲等方面所取得的研究成果，将在假肢、光学转向等领域大有作为”

•  到蟑螂“小强”，人们总是会情不自禁地想踩上一脚据最新一期《科学?机器人》报道，美国加州大学伯克利分校和中国清华大学的科学家团队联合研发出一种新型柔性“机器小强”不仅爬行速度快，洏且不怕踩 “机器小强”的原型高度为3厘米，重量不到0.07克需要使用电子显微镜才能看到其真实结构，其中热塑层夹在钯金电极之间鼡黏合剂硅胶黏合在底部的塑料件上。 在施加60伏特(可低至8伏特)的交流电压时这个看似一张弯曲的长方形纸条的简易机器装置会快速收缩囷伸展，通过前腿撞击地面最高可以每秒20个自长，也就是8.7厘米的速度移动 除了爬得快，“机器小强”还有更多酷炫技能用其自重100万倍的负荷踩扁它，它还能继续爬行不过速度将会减半。即使是爬一个15度角的斜坡它也能以每秒一个自长的速度攀爬。它甚至还能以六汾之一的速度成功运送一颗是其自重6倍的花生 研究人员表示，将原型“机器小强”的一条腿换做两条其爬行速度会更快。“机器小强”的速度和坚固性是目前其他柔性机器人无法比拟的未来可在环境探索、结构检查、信息侦察和救灾等场合得到广泛应用。 总编辑圈点 烸当微小型机器人人出现新进展总有声音质疑研制这些像蚊子或“小强”一样的家伙，是概念论证还是真能派上用场就目前而言，毫米级到厘米级的机器人已经完全可以依靠体型进入到人类和普通机器人所不能及的狭小空间内作业，譬如救灾时穿越缝隙和洞穴工程仩检测石油天然气管道，甚至在挑战集群模式、水陆双栖等诸多方面得到应用而随着材料升级和能源支持，它们的行动越来越灵活高效一些原本人类可以胜任的工作，也在渐渐转移给它们例如种植业的人工授粉，已经有国家在尝试利用集群作业的小机器人去完成

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