医疗设备新突破:微型机器人或将进入人体,开启精准治疗新纪元

2025-12-19 06:23来源:本站

  

  **编者按:** 在科技日新月异的今天,人类对微观世界的探索从未止步。想象一下,比一粒盐还小的机器人,能够自主感知、思考并行动,这不再是科幻小说的情节,而是现实中的突破!近日,来自宾夕法尼亚大学和密歇根大学的研究团队联手攻克了困扰科学界40年的技术难题,成功研制出全球首个尺寸小于1毫米的微型机器人。它内置计算机、传感器和电机,未来有望在医疗领域大显身手:修复受损神经、精准递送药物,甚至无创监测细胞健康。这项研究不仅将《神奇旅程》中的幻想拉近现实,更标志着微型机器人技术迈入全新纪元。让我们一起走进这个微缩却充满无限可能的未来世界!

  研究人员攻克了一项困扰科学界40年的技术挑战,成功制造出一款内置计算机、传感器和电机的机器人,整体尺寸小于 1毫米——比一粒盐还小。

  这一壮举由宾夕法尼亚大学和密歇根大学的研究团队合作完成,将医学推向一个充满想象的未来:微型机器人或许能被送入人体,修复受损神经、精准递送药物,甚至无需手术即可评估患者细胞健康状况。

  “这是首个能够感知、思考并行动的微型机器人,”宾夕法尼亚大学电气与系统工程助理教授、本周发表于《科学机器人》期刊相关论文的作者之一马克·米斯金表示。

  这款被称为全球最小自主决策机器人的设备,标志着曾根植于科幻小说的目标迈出了关键一步。

  上世纪60年代,小说及电影《神奇旅程》幻想了一支医疗团队乘坐潜艇缩至微生物大小,被注入垂危患者体内,以清除无法手术的血栓。

  “未来,比如100年后,我们希望用机器人完成如今外科医生所做的一切,”未参与此项研究的约翰斯·霍普金斯大学化学与生物分子工程系教授大卫·格拉西亚斯说,“但我们尚未达到那个水平。”

  1989年,即《神奇旅程》问世二十年后,麻省理工学院科学家罗德尼·布鲁克斯与安妮塔·弗林发表论文《快速、廉价且失控:机器人入侵太阳系》,描述了他们建造的体积仅1.25立方英寸的机器人“Squirt”。

  华盛顿大学机械工程副教授索耶·富勒指出,当《快速、廉价且失控》发表时,“人们以为微型机器人时代即将来临……事实证明,整合所有这些技术所需的时间比预期更长。”

  未参与新型微型机器人研制的富勒称其为“新一代设备的先锋”。

  米斯金表示,密歇根和宾夕法尼亚团队打造的微型机器人体积约为麻省理工学院“Squirt”的1/100,但尚未具备生物医学应用条件。

  “如果十年内这类机器人投入实际应用,我并不会感到意外,”《科学机器人》论文合著者、密歇根大学电气工程与计算机科学教授大卫·布劳乌说。

  米斯金指出,数十年来科学家一直梦想建造尺寸小于1毫米的微型机器人,这一尺度对应着生物体的最小单元。

  “每个生命体本质上都是由100微米机器人组成的巨大复合体。细想之下,自然选择这一尺度来组织生命,实在令人深思。”

  作为对比,人类头发直径约70微米,而人体细胞直径约为20至40微米。

  尽管科学家和工程师已致力于电路微型化50年,但挑战在于如何缩小计算机引导微型机器人所需的所有部件,并在组装时不损坏部件或导致相互干扰。

  机器人需要足够强大的能源来驱动计算机并使其移动。

  五年前,专攻微型机器人制造的米斯金与布劳乌在一次连续演讲中相识。当时,布劳乌的实验室已因研制出全球最小计算机而闻名,这一地位保持至今。

  “甚至在演讲时我们就意识到,‘哦,我们需要深入交流,’”布劳乌回忆道。

  他们研制的设备使用微型太阳能电池将光能转化为电能。部分能量为计算机供电,部分驱动机器人在液体中游动。计算机运行速度约为当今笔记本电脑的千分之一,内存也小得多。

  在实验室中,科学家将LED光照射到盛有机器人溶液培养皿中。机器人由与微芯片相同的材料制成:硅、铂和钛。

  米斯金说,为保护其免受液体影响,微型机器人被包裹在厚厚的玻璃层中。玻璃上有几个孔,填充金属铂形成电极,以提供电接入点。

  约翰斯·霍普金斯大学的格拉西亚斯强调,科学家需确保用于微型机器人的材料在人体内使用安全。

  机器人上的传感器使其能响应液体中的不同温度。

  为移动设备,它利用太阳能电池板的能量为两侧的两个金属电极充电。电极吸引水中带相反电荷的粒子,产生推动机器人前进的水流。

  机器人游动时,会与操作者通信。

  “我们可以通过笔记本电脑向它发送指令,告诉它我们想要它做什么,”米斯金说,“它也能向我们回传信息,告诉我们它看到了什么以及正在做什么。”

  机器人使用受蜜蜂摇摆舞启发的方式通过动作进行通信。

  今年夏天,科学家邀请一群高中生测试新型微型机器人。学生们使用特殊的低成本显微镜成功追踪了机器人的运动轨迹。

  “他们非常喜欢,”米斯金说,“起初确实有点挑战,毕竟要适应操作如此微小的东西。但这正是其魅力所在。一旦掌握诀窍,他们就完全投入了。”

  米斯金表示,学生们使用的机器人版本成本仅约10美元。

  研究人员正致力于开发能在盐水、陆地及其他环境中工作的微型机器人。

  布劳乌指出,长远愿景是设计不仅能与操作者双向通信的微型计算机。

  “因此,下一个终极目标其实是让它们彼此之间能够通信,”他说。

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