形似創(chuàng)可貼的機器人，可在磁場控制下在人體內(nèi)移動。

1966 年，一部電影《奇異的旅程》獲得了奧斯卡獎，它講述了 5 名醫(yī)生將自己縮小，進(jìn)入患者體內(nèi)，進(jìn)行手術(shù)治療的故事。這個在 50 多年前看似天馬行空的想象，現(xiàn)在科學(xué)家們正在研究如何將其變?yōu)楝F(xiàn)實，當(dāng)然不是將人縮小，而是讓微型機器人進(jìn)入人體內(nèi)，進(jìn)行各種操作和治療。

“我們研究的目的就是瞄準(zhǔn)了未來的創(chuàng)傷很小或者微創(chuàng)手術(shù)，”德國馬普智能系統(tǒng)研究所的研究人員胡文琪說。不過如何穿越人體內(nèi)復(fù)雜的各種環(huán)境，對僅有毫米甚至微米大小的機器人來說是非常艱巨的任務(wù)。“我們現(xiàn)在做的微型機器人，展現(xiàn)了在各種環(huán)境、各種表面良好的運動能力，這使得它具備了適應(yīng)人體內(nèi)部復(fù)雜環(huán)境的潛力。”

胡文琪與他的團(tuán)隊設(shè)計制作的微型機器人外表看起來非常普通，就像一塊黑色的超微型“創(chuàng)可貼”，長度和寬度分別僅為 3.7 毫米和 1.5 毫米，其制作工藝看上去也簡單的如女生自制面膜。然而，在磁場控制下，它可以完成各種規(guī)定動作，在液體環(huán)境中游泳，在固體環(huán)境中或走、或爬、或翻滾、或跳躍，在管道中穿梭，它甚至可以撿起一個小小的物品，并將其送至指定位置，這樣的運動能力是此前的微型機器人所不具備的。“此前的微型機器人大多能夠完成一至兩種動作，而我們的機器人可以完成七種動作。”胡文琪說。近期，胡文琪作為第一作者，在《自然》期刊中，發(fā)表了其研究成果。

源自大自然的靈感

在胡文琪所在的德國馬普智能系統(tǒng)研究所，從大自然的生物中找尋解決問題的靈感是常有的事情，有的人觀察貓、狗、蝙蝠等體型偏大的動物，有人從小小的細(xì)菌運動中獲取靈感。胡文琪此次對微型機器人的設(shè)計也基于對各種生物運動的觀察和研究。

當(dāng)小小的微型機器人完全浸沒在水中時，它的泳姿與水母非常相似；在規(guī)則的表面上，機器人可以快速的滾動，就像毛毛蟲在逃離它的捕食者；當(dāng)處于不規(guī)則表面時，機器人又會模擬尺蠖的步伐，先用前端支地，調(diào)整角度后拉動后端前移，再用后端支地，重新舒展前端；在狹小的管道中，機器人會像毛毛蟲一樣波形振動，穿梭而過；在遇到障礙物時，機器人像線蟲一樣形變跳躍。

對生物運動的模擬，讓外表樸素的機器人獲得了在不同介質(zhì)中的超能力。“以前的微型機器人大多是在一種介質(zhì)中，比如在水中。”然而看似平常的水面，對于微型機器人來說卻有如泰山壓頂。“液體表面具有強大的張力，很多微型機器人一旦到了界面，就‘犧牲’了。”在不同的界面運動轉(zhuǎn)換，是這個小小機器人獨具一格的特點。

僅從物理性質(zhì)來說，人體內(nèi)除了固液氣及其界面這些環(huán)境之外，還有更多復(fù)雜的環(huán)境，比如胃中的顆粒狀介質(zhì)。在接下來的工作中，胡文琪會繼續(xù)從動物中獲取靈感，實現(xiàn)更復(fù)雜環(huán)境的運動能力。

體內(nèi)治療

“我們做微型柔性機器人，瞄準(zhǔn)的更遠(yuǎn)期目標(biāo)是創(chuàng)傷很小或者微創(chuàng)手術(shù)。”胡文琪說?，F(xiàn)在，很多手術(shù)依然需要開比較大的創(chuàng)口，比如腫瘤的切除術(shù)，不僅給人體造成較大的影響，而且術(shù)后恢復(fù)也是一個漫長的過程。“我們團(tuán)隊所設(shè)想的是，未來可能不需要這樣了，手術(shù)不可能永遠(yuǎn)這樣下去，要有所發(fā)展，”胡文琪說，“我們希望讓這種小型化的機器人通過人體的一個很小的開口進(jìn)入，比如在心血管系統(tǒng)中，可以直接注射到血管里面，讓它直接作用到希望的位置，進(jìn)行治療。”

目前，很多美國、歐洲的醫(yī)生已經(jīng)開始對此產(chǎn)生興趣。他們所想到最簡單，也是最早能夠現(xiàn)實使用的是藥物的遞送，“比如消化道醫(yī)生，他們希望將這個小機器人做成像海綿一樣的結(jié)構(gòu)，也就是在我們現(xiàn)在的基礎(chǔ)上，有一些吸附能力，將藥物吸進(jìn)去，通過運動，進(jìn)入到胃里或者消化道。”從現(xiàn)在醫(yī)學(xué)角度來說，藥物需要經(jīng)過體內(nèi)的層層關(guān)卡才能夠達(dá)到靶向位置，在此過程中藥物劑量產(chǎn)生大幅度衰減，使得最終到達(dá)靶向位置的藥物劑量不足，無法實現(xiàn)治療效果。“未來可以讓機器人到達(dá)指定的位置，然后將藥物釋放出來。”胡文琪說。

模擬在胃部的運動

而且，我們的機器人可以通過傳統(tǒng)的醫(yī)學(xué)影像設(shè)備進(jìn)行觀察，這樣可以跟蹤機器人在人體內(nèi)部所處的位置和動作，并對其進(jìn)行相應(yīng)控制。“由于核磁共振設(shè)備提供了磁場，我們的機器人也是磁驅(qū)的，所以我們暢想的未來是，當(dāng)機器人進(jìn)入人體后，核磁共振設(shè)備不僅可以用于影像學(xué)，它同時還可以做一些治療，這是我們下一步要做的工作。”

每個手術(shù)都有固定的流程和固定的需要，“我們希望這個機器人可以根據(jù)每種疾病的情況，對治療流程進(jìn)行優(yōu)化，讓治療效果更好，讓病人的痛苦更小。”胡文琪說。

自制面膜般的制作過程

“我們現(xiàn)在還沒有過多的研究制作工藝，而是將精力更多的放在運動能力的研究上。”胡文琪說。目前，胡文琪團(tuán)隊所研制的微型機器人使用的材料是具有生物可容性的硅橡膠，內(nèi)置平均直徑 5 微米的磁性釹鐵硼微粒。目前，它的制作過程有點類似于女生自制的面膜。制作之后的微型機器人長 3.7 毫米，寬 1.5 毫米，厚度約為 185 微米。

“下一步我們想把這個機器人做的更小一些，做成亞毫米、幾百微米。”胡文琪說，“同時，我們也在尋找其它的軟性材料，類似于海藻膠這樣的提取自動物、植物的材料是下一步我們計劃使用的。”

未來，胡文琪和他的團(tuán)隊不僅將研究如何將微型機器人做的越來越小，他們還希望微型機器人在完成它的使命之后可以實現(xiàn)自動降解。到那時，或許就真的可以實現(xiàn)人體內(nèi)的“奇異旅程”了。