追蹤癌細(xì)胞智能微納機(jī)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(jī)器即智能機(jī)器人作為世界經(jīng)濟(jì)與產(chǎn)業(yè)增長方式轉(zhuǎn)變過程中的關(guān)鍵因素，正在進(jìn)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(jī)器人。

據(jù)了解，人工微納機(jī)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(xì)胞位置，從而實現(xiàn)對患病細(xì)胞的精準(zhǔn)治療。正因如此，該智能微納機(jī)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(jī)器人或?qū)⒃诒孀R人體癌細(xì)胞、追蹤癌細(xì)胞等方面，發(fā)揮出巨大作用。

可追蹤癌細(xì)胞的智能微納機(jī)器

近年來，許多研究證實人工微納機(jī)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(jī)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(jī)器人。

眾所周知，癌細(xì)胞早期一般藏身隱秘，藥物治療往往難以直達(dá)病灶。這款微納機(jī)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(jī)器人還可以對目標(biāo)對象及時識別，比如識別癌細(xì)胞、正常紅細(xì)胞和混合細(xì)胞的圖像，并自主選擇最佳路徑追蹤癌細(xì)胞。

正是由于這款神奇的智能微納機(jī)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(rèn)為，未來其可望在藥物傳送、生物傳感、細(xì)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(jī)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(jī)器人的運動控制方面付出了許多努力，進(jìn)行了無數(shù)次的嘗試，但極少關(guān)注于實現(xiàn)納米機(jī)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(jī)器人的智能控制系統(tǒng)并實現(xiàn)機(jī)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(jī)器人是如何做到全自動導(dǎo)航的呢？

此智能微型機(jī)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(jī)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(jī)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(jī)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(jī)器人運動軌跡的精準(zhǔn)控制?！崩盥∏驁F(tuán)隊介紹，此款微納機(jī)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(jī)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(jī)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(dá)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(jī)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(jī)器人可以對不同運動狀態(tài)（方向）、不同形狀障礙物進(jìn)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(jī)電系統(tǒng)、智能硬件等研究的深入，微型的納米機(jī)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(jī)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(hù)航。

而問世的智能微納機(jī)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(jìn)智能微納機(jī)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(rèn)為，這類新型自主導(dǎo)航系統(tǒng)將會極大地促進(jìn)智能微納機(jī)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(jī)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