科学家们正在开发病毒大小的机器人,可以清除血栓,探索人体细胞,甚至可以去除水中的杂质。但是随着这些发明变得越来越小,控制这些机器的运动定律不是很直观,因此研究人员正在从大自然中汲取灵感,瑞士苏黎世联邦理工学院机器人学教授 Brad Nelson 说,他专注于这些微小的智能机器纳米大小。

他说:“我们观察外面有什么样的微生物……以深入了解大自然的运作方式,并弄清楚我们是否有一些技术或工程可能性可以用来解决这些问题。”

这些微型机器人是什么样的?

有两种。微型机器人通常小于一毫米,但大到一微米——大小在千分之一米到百万分之一米之间。纳米机器人是更分钟-超过百万分之一米小,或约100个头发的宽度。换句话说,微型机器人的大小与细菌差不多,而纳米机器人的大小与病毒差不多。

它们由不同的化学物质制成,包括碳和金属元素——鉴于这些机器人在许多情况下是为人体使用而开发的,它们通常由与我们的内脏兼容的材料组成。例如,我们喜欢使用铁分子,因为铁往往具有生物相容性,我们也可以使用磁场使它们移动。

我们正在研究的那些看起来像由铁制成的小金属笼子,两侧是悬垂的聚合物分支。这些设备看起来几乎是有机的,就像某种奇怪的小微生物——借助我们的磁场,它们可以“行走”。

其他机器人看起来像小斑点,其中一些甚至看起来很无趣,就像一个小斑点,除了里面有很多化学反应。

纳米机器人的潜力有多大?

纳米机器人现在确实是更多的研究课题,由于与开发如此小规模的技术相关的工程和医学挑战,它们可能不会有任何近期的医学应用。

一些小组正致力于模拟某些细菌(如大肠杆菌)的鞭毛尾巴的大小和游泳能力——尾巴有一个直径约 40-50 纳米的小型旋转电机,以每分钟 100 转的速度旋转。这是自然界进化出来的一种纳米机器人机制。

即使是使用 microRNA 的 Covid 疫苗——这些指令进入你的细胞以激发抗体的产生以对抗感染——你也可以将其视为一种纳米机器人机制。我们的领域试图做的是制造更复杂的设备,以模仿其中一些分子机制。

但我认为纳米机器人最大的前景在于了解生物系统的工作原理。它更像是一种探索细胞的工具——了解细胞内部发生的事情的机制。我不会说它们会在短期内成为疗法——它们将更像是进行研究的工具。

还有其他用途吗?

当我们试图制造一种纳米机器来帮助我们输送药物来治疗例如肿瘤时——我们意外地发现我们实际上是在破坏药物。这正是我们不想做的,但它让团队意识到可以用这种方法来破坏水中的微污染物,所以我们现在正在努力。

我们还在努力构建可以在疾病位置附近输送微型机器人的微型导管——然后微型机器人可以输送纳米机器人设备,这些设备会造成破坏,例如,帮助分解斑块或消除血凝块。

该领域最大的挑战是什么?

由于这些设备非常小,控制它们运动的物理学非常不直观——所以我们试图找到克服这些限制的微生物,例如,通过在它们的生命周期中改变它们的形状。然后是了解它的物理原理并弄清楚我是否拥有可以让我模仿它或“受生物启发”的技术。

另一个大问题是使用什么材料来制造设备。一些材料(例如钴和一些稀土金属)具有理想的特性,但它们对人体有毒。

在机器人方面,它是关于协调磁场,让设备去到我想要的地方,并在复杂的血管中导航。我们所做的很多事情与从事自动驾驶汽车的人惊人地相似。如果我在苏黎世的办公室里,我想过河到另一边——我必须规划一条路径并制定如何到达那里的路线图。当我们在一个器官内时,我们会做同样的事情,我们创建所有血管的路线图,然后尝试通过路径导航。

并且需要资金。把这些事情做好需要大量投资——政府的资金只能带你走这么远,但你真的需要大公司可以做的那种投资来带你跨越监管的终点线。

我们还需要与医生密切合作,因为他们将使用这项技术来治疗患者。通常,他们对我们可能提供的东西抱有不切实际的期望——我们也可能对他们真正在做的事情抱有不切实际的期望;因此,将医学、科学和技术结合起来是一个挑战。

总的来说,我在该领域工作的时间越长,我就越兴奋,而且我越相信我们会在我有生之年,尤其是在我的职业生涯中看到这些设备被用于改善人类健康。

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文章来源于互联网:纳米机器人可以探索人体细胞

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作者 2021bo

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