看過科幻電影《神奇旅程》的人應(yīng)該對迷你普羅透斯船非常熟悉，它可以處理人體大腦的血凝塊。如今，不少科學(xué)家已經(jīng)踏上了實現(xiàn)這個夢想的征程。不論是能夠終結(jié)癌細胞的DNA機器人，還是人造肌肉，抑或是能夠在體內(nèi)巡回的納米等級火箭，都在納米尺度世界中完成現(xiàn)有科技無法企及的任務(wù)。納米醫(yī)療機器人究竟有多?。咳绾沃圃旌褪褂眠@樣的機器人？納米醫(yī)療機器人一旦進入人體，是否會造成傷害？納米醫(yī)療機器人何時走入我們的生活？
納米操作機器人已在臨床嶄露頭角
遼寧日報：據(jù)國外媒體報道，科學(xué)家最新設(shè)計的納米等級火箭未來的某一天有望在人體內(nèi)巡游，或者執(zhí)行醫(yī)學(xué)任務(wù)。這非常像科幻電影《神奇旅程》中的迷你普羅透斯船，它能夠處理一位患病俄羅斯科學(xué)家大腦中的血凝塊。目前這種納米等級火箭應(yīng)該屬于納米醫(yī)療機器人的范疇吧？
劉連慶：只要有感知、驅(qū)動和控制的系統(tǒng)，都可以稱作機器人。你提到的納米等級火箭可以感知血凝塊，可以從其他地方移動到附近，而且這種移動以及后續(xù)處理都需要控制，所以屬于機器人范疇。至于納米機器人，國際機器人學(xué)術(shù)界普遍認為，只要有一個尺度能夠達到納米級別，這種機器人就可以稱為納米機器人。例如，從體積上講，一個機器人的長和寬數(shù)值都很大，但高度卻達到了納米級別，這樣的機器人就可以稱為納米機器人。
遼寧日報：一直認為納米機器人一定非常小，原來不是這樣啊。
劉連慶：最開始的定義比較嚴格，具體的數(shù)值是0.1-100納米之間吧。
遼寧日報：除了納米等級火箭，還有什么樣的納米醫(yī)療機器人？
劉連慶：在機器人領(lǐng)域，我們將納米機器人分為兩類：一類是納米操作機器人，納米操作機器人的本體可能遠遠超過納米等級，但它能操作的物體非常小，就是操控能力達到了納米尺度，比如搬動一個原子、分子，也就是說機器人很大，但是它能夠操作的精度非常高；另外一個是體積達到納米級別的機器人，也就是我們開始所說的納米機器人。
遼寧日報：這種納米操作機器人體積較大，與我們想象中的納米機器人相差甚遠。
劉連慶：“納米技術(shù)”一詞由來已久。 1959年，諾貝爾物理獎獲得者理查德·費曼在一次題目為 《底層有很大的空間》的演講中提出了“納米技術(shù)”一詞。他認為人類將來有可能建造一種分子大小的微型機器，可以把分子甚至單個的原子作為建筑構(gòu)件，在非常細小的空間里構(gòu)建物質(zhì)，這意味著人類可以在最底層空間制造任何東西。
我們可以看出，理查德·費曼教授所提出的納米技術(shù)與納米操作機器人的意義更為相關(guān)，重在操作、控制和加工環(huán)節(jié)。當(dāng)然，有了納米操作機器人就更容易制造出尺度非常微小的納米機器人，納米機器人其實就是費曼教授前面所提微型機器的一種。如今，科學(xué)界對這兩方面都非常關(guān)注，在醫(yī)療方面都有所應(yīng)用。
遼寧日報：這些納米機器人在醫(yī)療方面都有哪些非同凡響的作用？
劉連慶：我們分別舉例來說明。
納米操作機器人可以對細胞表面的蛋白進行感知和“手術(shù)”。比如，某些癌細胞表面存在一些特定的抗原，這些抗原可以引起后續(xù)的不良生物反應(yīng)，利用納米操作機器人可以將這些抗原移除掉。目前，醫(yī)院可以使用納米操作機器人來感知病人癌細胞上抗原的不同，進而實現(xiàn)個性化的治療。
通常所說的納米機器人目前還沒有真正進入臨床使用，基本上處于研發(fā)的前期。我了解到，我國有一種膠囊形的機器人已經(jīng)開始使用，它可以沿著胃腸道行進，并對胃腸道攝像，以替代胃鏡，但這種機器人并沒有達到納米級別，只是較其他機器人小一些，所以應(yīng)該不能算作納米機器人。
遼寧日報：也就是說現(xiàn)有的機器人可以做一些檢查身體的工作，卻沒有達到直接治療患者的技術(shù)水平？
劉連慶：據(jù)我所知，目前還沒有可以直接進入人體血液進行治療的納米機器人。不過，我知道一種與納米科技相關(guān)的治療方式發(fā)展較快，處于動物實驗的階段。它使用一個外界磁場和許多磁性納米顆粒，在治療癌癥如肝癌時，把治療肝癌的藥物裹在磁性納米顆粒上，利用外界磁場來驅(qū)動磁性納米顆粒，將其集中在肝臟附近區(qū)域，由此來達到定點釋藥的目的。我們知道通過腸道吃藥后，藥物隨著血液循環(huán)到達全身各處，在沒有癌細胞的地方，也會出現(xiàn)這些藥物，這種利用磁場進行局部治療的方式無疑能夠提升藥物的作用效果。
還有一種是不裹藥物的，比如將金屬納米顆粒集中在病發(fā)部位，通過微波技術(shù)加熱金屬納米顆粒，也能達到癌細胞定點殺傷的目的。
這種方法在外界不僅需要有磁裝置來配合，還需要X射線裝置來觀察控制，整個系統(tǒng)具有感知、驅(qū)動和控制的能力，可以稱為機器人化系統(tǒng)，部分技術(shù)屬于納米機器人范疇。
人體免疫系統(tǒng)會不會排斥納米機器人
遼寧日報：我們都說“是藥三分毒”，治療癌癥的藥物更會殃及不少完好的細胞。這種治療方式為我們擺脫了這一顧慮，但是，我們不禁又產(chǎn)生懷疑，這種治療方法中，納米顆粒進入人體后，如何排除？
劉連慶：現(xiàn)在很多人也都在懷疑這些納米顆粒到底去了哪里，有的人認為已經(jīng)排出體外，有的人認為沒有。當(dāng)顆粒小到納米級別的時候，它可以進入細胞，但是最終會到達哪兒，誰也說不清楚。有研究者聲稱，在后期檢測時并沒有發(fā)現(xiàn)這些納米顆粒，但是不少人也對現(xiàn)有的檢測技術(shù)提出懷疑。此外，這些納米顆粒到底有沒有毒，也是存在爭議的。
這一難題是有出路的，現(xiàn)在有研究人員從植物中發(fā)現(xiàn)了一種天然有機可降解納米顆粒，初步確認無毒，也許這正是這種納米機器人系統(tǒng)發(fā)展障礙的解決方案。
遼寧日報：納米醫(yī)療機器人進入人體會不會給人體帶來其他傷害？
劉連慶：這一問題存在很大的爭議。人體的免疫系統(tǒng)，對于任何外來物體的侵入都會進行攻擊。舉個簡單的例子，手上扎了一根刺，本質(zhì)上講，皮被蹭掉一塊都問題不大，但即使是一個非常小的刺不拔出來，它都有可能潰膿，而且越潰越大，這是因為刺對于手上的皮膚來說就是一個外界侵入體，免疫細胞會對其進行攻擊，從而消滅外來侵入體。試想，我們將納米機器人植入人體，人體的免疫系統(tǒng)一定會對這一外界侵入體做出大量的反應(yīng)，極可能導(dǎo)致一些不良后果，所以人們不敢輕易將納米機器人注入血管。像我們前面所說的膠囊機器人，是通過食管、胃進入人體，后由肛腸排出，這種方式在這方面的問題還不太嚴重，因為胃每天都要接收外來物，有一定的天然適應(yīng)性。
面對人體的免疫系統(tǒng)，如果人類可以使用一種純天然的、與人體生理兼容的材料（如人體蛋白）來制造納米機器人，相信未來納米機器人進入血管的可能性就非常大了。
遼寧日報：納米醫(yī)療機器人如何解決燃料問題？
劉連慶：對于未來納米機器人能源問題的解決有兩種設(shè)想：
首先，納米機器人太小了，在能源方面幾乎不能采用攜帶電池的方式，所以很多人認為應(yīng)該采用外磁場驅(qū)動的方式。
其次，有不少人還有一個極端的想法，就是將細菌與納米機器人綁在一起，推動納米機器人的前進。但是，我們知道細菌進入人體后，人體的免疫系統(tǒng)會將其消滅，或者會造成人體感染細菌。
除非可以從人的系統(tǒng)當(dāng)中發(fā)現(xiàn)某種東西可以做驅(qū)動，或者對人體的生命機理更加熟悉后，使用人體自身的能量作為驅(qū)動。但是這些方法在可控性上，都會存在一些問題，或許在以人體自身能量為主的基礎(chǔ)上，再加上外磁場的干預(yù)是更好的解決方案。
納米級零部件太難造小機床成大障礙
遼寧日報：目前，納米尺度體積的納米醫(yī)療機器人是否已經(jīng)制造出來？
劉連慶：這就是一個“雞生蛋，蛋生雞”的問題要想制作納米機器人，就必須要有納米等級的零部件，但是納米等級的零部件必須由納米等級的機床來制造，而機床也需要更小的零部件來組裝完成，所以讓人無從下手。
理查德·費曼教授曾經(jīng)提出了解決之道，叫做費曼挑戰(zhàn)。他的原理很簡單，就是使用大機床來制造小機床，再用小機床制造更小的機床，依此類推，總有一日能夠達到納米級別。當(dāng)時很多人都參加了他的這一挑戰(zhàn)，但是非常遺憾地發(fā)現(xiàn)，越往小發(fā)展，機床的制造越困難，如今這方面的報道越來越少，費曼挑戰(zhàn)成為了真正的挑戰(zhàn)。
遼寧日報：納米醫(yī)療機器人的發(fā)展前景如何？
劉連慶：這個前景是非常廣闊的。美國、歐盟、以色列、加拿大、中國等都在研究納米機器人，但是充滿了困難和挑戰(zhàn)，不論是感知、驅(qū)動，還是控制，都有許多現(xiàn)有技術(shù)解決不了的地方，期待發(fā)展。
遼寧日報：您是否可以預(yù)測，納米醫(yī)療機器人何時能夠真正進入臨床使用？
劉連慶：納米操作機器人現(xiàn)已走入醫(yī)療隊伍，納米機器人系統(tǒng)處于動物實驗階段，相信在10年后可以投入臨床使用。但是，能夠進入血管按照人們意志工作的納米機器人需要的時間則可能會久一些。 本報記者／張曉麗
專家檔案
劉連慶 博士，研究員，中國科學(xué)院沈陽自動化研究所機器人學(xué)研究室副主任。主要研究領(lǐng)域為：納米機器人學(xué)、微納傳感技術(shù)、微納生物醫(yī)學(xué)。參與組建了我國第一套納米操作機器人系統(tǒng)，先后獲得中國科學(xué)院院長獎、中國科學(xué)院盧嘉錫青年人才獎、IEEE機器人與自動化學(xué)會青年科學(xué)家獎等榮譽和獎勵。
