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你是否能想象在不久的将来，“医生”能进入你的血管“做手术”呢？电影《神奇旅程》讲述了5名医生缩小后进入病人血管，顺利找到出血点最终挽救生命的神奇经历。尽管我们做不到像电影一样将医生缩小送进体内，但微型机器人或许可以代替医生发挥作用！
以下内容为中国科学院深圳先进威廉希尔官方网站 研究院副研究员徐天添演讲实录：
早在1959年，物理学诺贝尔奖得主费曼先生就曾经说，他有一个幻想，如果我们能够吞下一个外科医生，那么很多复杂的手术可以变得很有趣、很简单。
当时对他来说，只是一个想法，希望把它留给我们来实现。
十年后的1966年，美国人把它拍成了一个电影。
1966年，科幻电影：神奇旅程 Fantastic
故事的内容是一名苏联科学家逃到美国，因为他的脑血管遭到间谍破坏而命在旦夕。然后大家想到了一个办法，把5名医生缩小到只有百万分之一那么大，再把他们注射到苏联科学家的血管里。
这5名外科医生在他的体内经过了一系列的冒险，打怪升级，最终找到出血点，成功挽救了科学家的生命。
一听就是冷战时期特色的电影，但是冷战时期的电影都是把最高科技的东西拿出来讲，也正是那个时候，体内的微型医生概念第一次被推广到普罗大众的面前。
其实，我们不能真正把一个外科医生变小，只能考虑，是不是可以做一些小的机器人，让它代替缩小的外科医生在我们体内做手术。
做这种微小的机器人，会面临着很多挑战，首先就是怎么让它在体内动起来，怎么能让它在体内按照我想要的路径行动，怎么适应体内复杂的环境。
这个概念一直沉静到21世纪初，才有科学家完成了一些微型机器人的制作。也许微型机器人和我们常见的人形机器人是有非常大的区别。
从上图来看，微型机器人不过是几个颗粒，一个螺旋管，一条尾巴，怎么能叫机器人呢？
其实机器人有最重要的三要素：感知、运动和决策。它可以感知周围的环境，可以执行一些运动和做出一些决策，只要满足这个三要素，就可以被叫作机器人。
比如说我们熟悉的机器人通常有两个摄像头作为眼睛感知环境，胳膊和腿执行一些运动，还有一个中央处理器作为它的大脑进行决策。
那么我们来看看微型机器人是否具备这三个要素。
动起来！才能成为机器人
首先，我们就从最重要的，怎么能让微型机器人动起来讨论。
其实，这并不容易，因为在微观世界里，很多物理定律与在宏观世界里不一样。
诺贝尔物理学家Purcell在1976年提出了所谓“扇贝定律”，即像扇贝一样的往复运动，在微观世界里无法造成有效位移的。
什么意思呢？就是扇贝把它的贝壳迅速的打开，再慢慢的关上。但是由于它的惯性，它迅速打开的时候就往前一窜，扇贝也就是就样一窜一窜的往前走。
然而在微观世界里，它的开合运动无法让它往前走，因为在微观世界里，惯性力在黏性力面前，是可以忽略不计的。
它打开的时候会往前窜，但是它关上的时候又退了回来。就是这种往复运动只能让微观的物体在微观环境下，做前进后退的运动，无法往前行走。
那么究竟怎么样才能在微观世界中有高效的运动呢？
我们从自然界中得到了一些灵感。
一种是大肠杆菌。
它有一个脑袋和一个螺旋形的尾巴，可以在液体里转动自己的身体。
刚才提到在微观世界里，黏性力在惯性力面前起主导作用，相当于大肠杆菌在很黏的环境里转动自己，就如同我们在强拧一颗螺丝，一边转一边走。
根据这个原理我们制造出来第一种仿生机制人——螺旋型机器人，让它想办法转起来高效地走。
精子的柔性振动
第二种方式就是精子柔性振动，它有一条很长的尾巴，然后通过拍打自己的尾巴，形成柔性振动。
这种方式让我们制造出了第二种仿生微型机器人，就是想办法让它振荡起来，带动它的尾巴，形成一个高效的运动。
我们再看看微型机器人的发展史。
新型微型机器人系统发展时间线
最开始的时候，科学家发现，将小螺丝钉放在比较粘稠的液体里可以动。后来，随着微制造威廉希尔官方网站 的发展，微型机器人就做得越来越小，一度做到了几百纳米。最近几年随着软体智能材料的发展，我们做出了软体微型机器人。
如何驱动微型机器人？
我们可以给微型机器人附上磁。
所有带磁的物体在梯度磁场的作用下，都会形成拉力。所有带磁性的物体在匀强的磁场下，都会受到转动力，让它向着的磁场方向和它磁场方向同向。
那么如何产生匀强磁场？
我们一般用亥姆赫兹线圈，就是说有一对同样的线圈，它们的扎数相同，电流方向相同，然后它的距离和它的半径是相等的，这样它就可以在它的轴向产生匀强磁场。
一对线圈可以产生一个方向的磁场，若设计一个三维正交的三对线圈，这样就有了三个基底，便可以制作出一个在空间中有任意方向的磁场。
通过编辑给定在线圈中的电流，我们可以编辑一些转动的磁场，振动的磁场，圆锥型运动的磁场，可以编辑磁场。
然后我们把微型机器人放在三对线圈的中间，让它受到磁场的驱动，响应磁场做出一些振动或者转动的运动。这样，机器人就可以运动。
然后用两个外部的摄像头来感知它的方位、定位，电脑的主机充当它的大脑，作为一个决策，通过这一整个复杂的系统，就形成了微型机器人。
这是我制作的软体薄膜微型机器人。
取一个硅胶，在硅胶里掺杂一些磁性颗粒，在做好之前，把它放在强磁场里，做特定的磁化方向，这样就使它在一个旋转的磁场里，形成螺旋型的运动。
磁化
若让这个微型机器人听指令运动，我们设计了一个路径跟踪的方法。
什么叫路径跟踪呢？
简单地说，可以把它类比成自动驾驶，我有一个规划好的路径，想让机器人沿着这个路径去走。
当然，微型机器人其实比自动驾驶还要难一些，因为自动驾驶在路面上走，是二维运动，微型机器人在体内走，是三维运动，相当于三维的自动驾驶。
我们采用了路径微分法，把给定的任意路径微分成各个小段，让它在每一个点找它最近的小段，来控制它的前进方向。
之后，我们不满足于软体薄膜只做一个螺旋型的运动，我们想让它有多种多样的运动。
比如把柔性振动加上，那么在振动场可以让它在地面上爬行；然后给它添加一个横着的振动场，就可以让它像水蛇一样游动；然后给它一个旋转场，就可以让它像轮子一样，在地面上翻滚起来；然后就是螺旋型运动。
多模态运动
爬、游、滚、飞，样样行
其实人体内的环境很复杂，各种运动可以适合不同样的“地形”。
比如说有一个很窄、很扁的缝隙，需要爬过去；若是很窄的通道，就需要摆着游过去；如果有一个斜坡需要上台阶，就需要让它变成像轮子一样，滚上去；如果有一个很高的障碍，就可以使用螺旋型，像放风筝一样飞起来。
一部分是它像轮子一样上了台阶，然后碰到一个高台，它就像放风筝一样飞了起来；另外一部分就是通过横着的和水平的狭窄的缝隙。
之后我把一个小条的薄膜机器人，做成了十字型，当它卷起来的时候，十字型就像挖掘机的斗可以搬运一些东西。
我们简单地做了搬运物体的试验，把三个小球从它们初始位置都搬运到它最终的位置，它还可以做一些微组装，做物体的筛选。
搬运任务
比如在生物学研究中经常会挑选一些细胞，我们会拿探针在放大镜下挑细胞，又费手又费眼睛，也挑不了多少。微型机器人可以把这个工作进行自动化，效率和重复性大大提高。
回到医学应用里，微型机器人可以作为药物的载体，直接载着药在人体内把药物送到它需要的地方，即靶向治疗；它可以作为手术的携带者，到人体器械去不到的地方进行探寻和采样，采集医生想要的样本；也可以直接作为一个手术实施者，比如说在血管里，把血栓溶碎，然后带出来，可以直接解决血栓的问题。
据我所知，国际上还没有实验室真正把它做到体内，其实它还是停留在这么一个设想的阶段。
但是我和很多医生探讨过，医生听到微型机器人都很兴奋，他们觉得，它真的可以改变一些医疗手段。
比如说一个眼科医生说，现在有一些病其实是无法从根本上治愈的。如视网膜的动脉栓塞，现在一些微整形项目，将玻尿酸注射在脸上，如果形成血栓，不小心到视网膜的地方，是非常危险的。
它如果堵了一个小的血管，那个区域你是看不到的，但如果堵到视网膜大的血管，可能整只眼睛都失明了。
然而现在医生对视网膜里动脉栓塞没有办法，只能局部注射一些血管扩张的药物，可能你运气好，血栓冲到别的不重要的位置上，若运气不好，可能会永久失明。
有了微型机器人，我们就可以把微型机器人注射到堵塞部位的附近。
它可以自动找到血管栓塞的部位，使用携带溶栓的药把栓塞化掉，然后把栓塞带出来，这样的话疾病就可以从根本上完全治愈了。
我们就一起期待这一天可以早一点到来。
工商网监
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