追蹤癌細胞智能微納機器人問世

向波

隨著云計算、大數(shù)據(jù)、智能感知、微納制造、生物材料、智能交通等高新技術(shù)的深入發(fā)展，智能機器即智能機器人作為世界經(jīng)濟與產(chǎn)業(yè)增長方式轉(zhuǎn)變過程中的關(guān)鍵因素，正在進入新的發(fā)展階段。前不久，哈爾濱工業(yè)大學(xué)李隆球教授與加州大學(xué)圣地亞哥分校約瑟夫王教授合作研究就發(fā)明了一種能夠在復(fù)雜環(huán)境中精準(zhǔn)導(dǎo)航的智能微納機器人。

據(jù)了解，人工微納機器人具有體積小、質(zhì)量輕、推重比大等特點，能精確攜帶藥物或靶向因子作用在患病細胞位置，從而實現(xiàn)對患病細胞的精準(zhǔn)治療。正因如此，該智能微納機器人一經(jīng)問世，就在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域引起了極大關(guān)注。未來，這種智能微納機器人或?qū)⒃诒孀R人體癌細胞、追蹤癌細胞等方面，發(fā)揮出巨大作用。

可追蹤癌細胞的智能微納機器

近年來，許多研究證實人工微納機器人在藥物傳送、生物傳感、環(huán)境修復(fù)、活性材料組裝、納米印刷成像等方面具有廣闊的應(yīng)用前景。不過，由于閉環(huán)控制系統(tǒng)的限制，目前微納機器人只能在二維或者三維空間內(nèi)沿著預(yù)定的路徑朝特定的目標(biāo)點運動，有制精度低、響應(yīng)速度慢和智能化程度低等缺點，其在復(fù)雜多變的環(huán)境中運動仍是巨大挑戰(zhàn)。而李隆球教授與約瑟夫王教授合作研究發(fā)明的是一種能夠在復(fù)雜環(huán)境中精準(zhǔn)導(dǎo)航的智能微納機器人。

眾所周知，癌細胞早期一般藏身隱秘，藥物治療往往難以直達病灶。這款微納機器人具有自主導(dǎo)航系統(tǒng)，在運動過程中能根據(jù)反饋的運動軌跡和復(fù)雜環(huán)境，經(jīng)過路徑規(guī)劃與運算后，實時調(diào)整運動路徑，實現(xiàn)自動躲避障礙。該微型智能機器人還可以對目標(biāo)對象及時識別，比如識別癌細胞、正常紅細胞和混合細胞的圖像，并自主選擇最佳路徑追蹤癌細胞。

正是由于這款神奇的智能微納機器人能在復(fù)雜的環(huán)境中精準(zhǔn)導(dǎo)航，所以很多業(yè)界人士認為，未來其可望在藥物傳送、生物傳感、細胞修復(fù)中發(fā)揮重要作用，幫助醫(yī)學(xué)專家實現(xiàn)精準(zhǔn)醫(yī)療。

當(dāng)微納機器人遇上人工智能

事實上，雖然近年來諸多研究者們在納米機器人的運動控制方面付出了許多努力，進行了無數(shù)次的嘗試，但極少關(guān)注于實現(xiàn)納米機器人在復(fù)雜環(huán)境和不可預(yù)測場景中的全自動運動。因此，探索微納機器人的智能控制系統(tǒng)并實現(xiàn)機器人在復(fù)雜環(huán)境中無碰撞運動十分重要。

那么，這款能在復(fù)雜環(huán)境中實現(xiàn)精準(zhǔn)導(dǎo)航的智能微納機器人是如何做到全自動導(dǎo)航的呢？

此智能微型機器人的全自動導(dǎo)航系統(tǒng)是由圖像檢測與識別單元、人工智能控制器、磁場調(diào)控執(zhí)行器組成。圖像檢測與識別單元為化學(xué)驅(qū)動的Janus微球機器人提供實時定位，同時通過檢測周圍環(huán)境為其規(guī)劃理想無碰撞的行駛路徑。該研究發(fā)現(xiàn)自主導(dǎo)航系統(tǒng)能夠引導(dǎo)微納機器人在錯綜繁雜環(huán)境中運動和躲避動態(tài)障礙物，還能應(yīng)用于復(fù)雜生物體系中的診斷治療。

“智能微納機器人通過實時檢測運動位置及環(huán)境位置，通過人工智能運算，及時調(diào)整與控制執(zhí)行系統(tǒng)自主實現(xiàn)對機器人運動軌跡的精準(zhǔn)控制。”李隆球團隊介紹，此款微納機器人的“智能”除了體現(xiàn)在自動識別目標(biāo)及精準(zhǔn)醫(yī)療上，還體現(xiàn)在以下幾點。

自動躲避固定障礙

微納機器人在運動過程中能根據(jù)反饋的運動軌跡和復(fù)雜環(huán)境，經(jīng)過路徑規(guī)劃與運算后，實時調(diào)整運動路徑，實現(xiàn)自動躲避障礙。

復(fù)雜環(huán)境中自主導(dǎo)航

該微型智能機器人可以在迷宮等復(fù)雜環(huán)境中，實時規(guī)劃路徑，類似GPS導(dǎo)航系統(tǒng)，針對多重路徑可以自主決策、選擇最優(yōu)路徑盡快到達終點。

自動躲避移動障礙

除了可以躲避固定障礙外，該微型智能機器人可以在實際規(guī)劃的運動路徑中及時調(diào)整運動路徑和方向，躲避移動障礙。從已有的實驗結(jié)果來看，機器人可以對不同運動狀態(tài)（方向）、不同形狀障礙物進行及時、有效躲避。

潛在應(yīng)用廣泛有望實現(xiàn)全新“醫(yī)療夢”

隨著納米技術(shù)、微機電系統(tǒng)、智能硬件等研究的深入，微型的納米機器人將會成為未來發(fā)展的方向之一。其不僅可以大大降低機器人成本，而且可實現(xiàn)現(xiàn)代制造宏觀到微觀的轉(zhuǎn)變，特別是應(yīng)用于醫(yī)療、健康等領(lǐng)域，為人類的健康和生命保駕護航。

而問世的智能微納機器人，通過視覺識別能夠識別生物體系中不同的生物目標(biāo)并朝向指定目標(biāo)運動。這類新型自主導(dǎo)航系統(tǒng)將會極大促進智能微納機器人在多種生物體系和納米操作工程中的應(yīng)用發(fā)展。所以，業(yè)內(nèi)專家普遍認為，這類新型自主導(dǎo)航系統(tǒng)將會極大地促進智能微納機器人在復(fù)雜生物體系中的診斷治療。在多種現(xiàn)實場景中，此智能微納機器人具有非常廣泛的潛在應(yīng)用，有望實現(xiàn)全新的“醫(yī)療夢”。endprint