封面新聞?dòng)浾?馬曉玉 車家竹 深圳報(bào)道
提及機(jī)器人，人們往往想到的是爆火的人形機(jī)器人，以及在流水線上辛勤作業(yè)的工業(yè)機(jī)器人。越過肉眼可及的視力范圍，還有一種尺寸比頭發(fā)絲還小百倍的微納機(jī)器人，能幫人類解決一系列“微小”的大事情。
試想一下，未來的某天你生病了，但醫(yī)生既沒有給你開藥打針，也沒有做手術(shù)，而是往血液里植入一種微小的機(jī)器人。這種機(jī)器人探測(cè)到病灶，游過動(dòng)脈和靜脈，運(yùn)行到適當(dāng)?shù)南到y(tǒng)，直接對(duì)病灶進(jìn)行治療。這種科技，顛覆了人類的思維，承載了無限的期待。
前景：幫人類解決一系列“微小”的大事情
對(duì)于微納機(jī)器人的定義，目前最廣泛的解釋是：一種可以執(zhí)行微米或者納米尺度任務(wù)的機(jī)器人。
理想中的微納機(jī)器人運(yùn)用在軍事領(lǐng)域，它就是“螞蟻士兵”，能引爆特種炸藥、破壞電子設(shè)備與電腦網(wǎng)絡(luò)、施放化學(xué)制劑等；運(yùn)用在建筑領(lǐng)域，它可以檢測(cè)建筑物的裂縫、腐蝕和損壞情況，并進(jìn)行及時(shí)修復(fù)……而其中最重要的，最有前景的領(lǐng)域，是醫(yī)學(xué)。
當(dāng)前，許多復(fù)雜的手術(shù)依然依賴醫(yī)生的精湛技藝和豐富經(jīng)驗(yàn)，且受限于現(xiàn)有醫(yī)療器械的可達(dá)范圍。而微納機(jī)器人則能夠輕松進(jìn)入肺部末端支氣管、細(xì)小血管分支等傳統(tǒng)醫(yī)療器械難以觸及的區(qū)域，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)治療。這就像送快遞一樣，送什么貨，送去哪里，微納機(jī)器人都能“指哪打哪”。
在最新的研究中，微納機(jī)器人甚至能夠在磁場(chǎng)的引導(dǎo)下精準(zhǔn)搏殺腫瘤細(xì)胞，被稱為“腫瘤克星”。
萬眾矚目下，關(guān)于微納機(jī)器人的一些冷思考也必不可少。例如，這么小的物體是否能稱得上是一種機(jī)器人？又能否承擔(dān)得起外界的諸般期待？
哈爾濱工業(yè)大學(xué)（深圳）教授馬星接受記者采訪
哈爾濱工業(yè)大學(xué)（深圳）教授馬星表示，完整的機(jī)器人一定有三個(gè)特征：運(yùn)動(dòng)、感知和反饋，而目前的微納機(jī)器人只是有第一個(gè)特征運(yùn)動(dòng)特征。從這個(gè)維度上看，微納機(jī)器人目前還處于嬰兒期，有很多不成熟，不全面的地方。
雖然自20世紀(jì)60年代，諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)獲得者理查德費(fèi)曼及團(tuán)隊(duì)就提出了“納米技術(shù)”“吞噬外科醫(yī)生”等構(gòu)想，但微納機(jī)器人真正實(shí)現(xiàn)發(fā)展，其實(shí)也就是近十幾年的時(shí)間。與已經(jīng)發(fā)展了半個(gè)多世紀(jì)，乃至經(jīng)常在科幻電影中擔(dān)任主角的人形機(jī)器人相比，微納機(jī)器人誠(chéng)然還有很長(zhǎng)的路要走。
難題：讓它動(dòng)起來，還要?jiǎng)拥每煽?/strong>
人形機(jī)器人“擬人”的路程尚且舉步維艱，要讓一個(gè)比頭發(fā)絲還小千倍的機(jī)器人在人體中“婉若游龍”，其難度可想而知。
“以血液運(yùn)輸為例，我們動(dòng)脈血速度是非�？斓�，微納機(jī)器人怎么控制？怎么停？這就好比在一個(gè)湍急的河流里邊，一個(gè)小船怎么樣才能錨定、停泊，怎么實(shí)現(xiàn)逆流而上？怎么負(fù)載物品？這是目前的第一個(gè)科學(xué)挑戰(zhàn)。”馬星談到。
馬星團(tuán)隊(duì)的管狀微納機(jī)器人在尿素溶液中運(yùn)動(dòng)。圖源受訪者
微納機(jī)器人的主流運(yùn)動(dòng)方式包括化學(xué)驅(qū)動(dòng)、磁場(chǎng)驅(qū)動(dòng)、生物驅(qū)動(dòng)�；瘜W(xué)驅(qū)動(dòng)雖然響應(yīng)速度快，但是壽命短，若使用催化劑，化學(xué)反應(yīng)的燃料不可避免地會(huì)對(duì)人體產(chǎn)生有害影響；物理驅(qū)動(dòng)包括磁嘗光嘗聲場(chǎng)和電場(chǎng)驅(qū)動(dòng)，但它們或是受限于磁場(chǎng)強(qiáng)度，或是無法穿透人體組織，又或是控制精度較低；生物驅(qū)動(dòng)利用生物體（如細(xì)菌、精子）的自主運(yùn)動(dòng)能力，生物兼容性更好，但是控制精度較低……每一種驅(qū)動(dòng)方式都有各自的優(yōu)缺點(diǎn)。
再者，如何找到既有驅(qū)動(dòng)功能，又符合生物材料安全性和生物兼容性基本要求的材料？
“我們最基礎(chǔ)的問題就是材料，并且耗費(fèi)了最多的時(shí)間�！敝袊�(guó)科學(xué)院深圳先進(jìn)院副研究員徐海峰表示，在剛開始研發(fā)時(shí)，他們掌握了制作微納機(jī)器人的技術(shù)，但關(guān)鍵就在于缺少減震性能強(qiáng)、可塑性好，又抗疲勞的材料低模量的彈性光刻膠。這讓他們的研究一度停滯不前，可謂是巧婦難為無米之炊。
中國(guó)科學(xué)院深圳先進(jìn)院副研究員徐海峰接受記者采訪。
“當(dāng)時(shí)問遍了各大光刻膠廠商，都沒有找到。一方面，材料的缺失肯定會(huì)嚴(yán)重拖延研究進(jìn)程。但換個(gè)角度看，這也恰巧說明大家都沒有研究過，我們的光刻膠材料算是完全獨(dú)立自主開發(fā)�！�
當(dāng)然，上述問題只是微納機(jī)器人荊棘載途的一角，仍有許多問題科研找不到理想的答案。
徐海峰團(tuán)隊(duì)的多模態(tài)軟體微型機(jī)器人穿越輸卵管。圖源受訪者
解困：合力建造一輛“足夠結(jié)實(shí)的車”
“我們的任務(wù)就是設(shè)計(jì)一輛‘足夠結(jié)實(shí)的車’，配備一個(gè)合格的司機(jī)，可以克服一路上非常復(fù)雜、動(dòng)態(tài)多變的環(huán)境，最終保障貨物的高效送達(dá)�！鄙钲谑腥斯ぶ悄芘c機(jī)器人研究院微納機(jī)器人中心主任俞江帆如是說。
這輛“足夠結(jié)實(shí)的車”如何建造？在俞江帆看來，未來十年可以落腳在這三個(gè)方面：首先通過改進(jìn)控制算法和材料，并集成人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)更高的定位精度和自主操控能力；其次，依托于群體智能技術(shù)的發(fā)展，提升微納機(jī)器人集群的協(xié)同能力；同時(shí)，還要開發(fā)和使用更加生物相容且可降解的材料，明確并減少對(duì)生物體的免疫反應(yīng)和毒性。
這些合格的司機(jī)由誰(shuí)擔(dān)任？這離不開不斷優(yōu)化的控制算法、人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)。這些技術(shù)將使微納機(jī)器人能夠在復(fù)雜、多變的環(huán)境中自主調(diào)整、精確定位，并根據(jù)實(shí)時(shí)情況作出智能決策。
此外，作為一門涵蓋物理、化學(xué)、生物、力學(xué)、材料學(xué)、微納制造等各個(gè)領(lǐng)域的綜合性學(xué)科，微納機(jī)器人要想突出重圍，自然離不開學(xué)科的融合交叉發(fā)展。
回顧近年來的科研進(jìn)展，為了實(shí)現(xiàn)高效的細(xì)胞運(yùn)輸，南開大學(xué)趙新團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了一種自動(dòng)化方法批處理干細(xì)胞核移植操作系統(tǒng)，代替了人工處理；為了更精準(zhǔn)的操控微物體，加拿大多倫多大學(xué)Zhang等開發(fā)了一種高精度、高穩(wěn)定性的微夾具機(jī)器人系統(tǒng)......在各個(gè)細(xì)分領(lǐng)域，隨處可見微納機(jī)器人研究者們破題的身影。
或許在未來的十年里，這些敢于創(chuàng)新的“探路者”們會(huì)朝著各自的方向不斷前行，但他們的共同愿景卻是始終如一的：讓微納機(jī)器人成為人類探索微觀世界的得力助手。
