你見(jiàn)過(guò)不用充電不用電池的機(jī)器人嗎？
可先別笑，還真有！
最近韓國(guó)首爾大學(xué)的研究者研發(fā)了一款名為“hygrobots”的微型機(jī)器人。它不僅能夠爬行和前后蠕動(dòng)，還能像蛇一樣自如地蜷縮，更神奇的是，它不需要電池也不需要充電，而是靠吸收空氣中的濕氣來(lái)為自身提供能量。
說(shuō)實(shí)話，它單純從外觀來(lái)看確實(shí)不像是擁有著復(fù)雜結(jié)構(gòu)和精妙功能的微型機(jī)器人，還長(zhǎng)得跟被剪碎了的塑料片一樣，平淡無(wú)奇。但是事實(shí)是，它小小的身軀里的確蘊(yùn)藏著神奇的能力。
從向植物“取經(jīng)”而來(lái)的研發(fā)靈感
吸收濕氣就能提供能量？這款神奇的小機(jī)器人到底是怎么做到的？
其實(shí)呀，智能相對(duì)論（微信id：aixdlun）了解到，它的設(shè)計(jì)靈感源于植物。我們都知道，松果的鱗片在潮濕時(shí)緊閉，在干燥時(shí)則打開，這樣可以使它內(nèi)部的種子傳播得更遠(yuǎn)。這種機(jī)器人的靈感也就來(lái)源于此。它不是由植物材料制成，而是模仿其背后的機(jī)制。
“hygrobot”的執(zhí)行器采用吸濕的敏感膜組成的納米纖維的靜電紡絲生產(chǎn)的定向排列，從而迅速膨脹和收縮來(lái)縱向響應(yīng)濕度變化?；诜菍?duì)稱摩擦系數(shù)加大整頓振蕩彎曲運(yùn)動(dòng)定向運(yùn)動(dòng)。
簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，就是這個(gè)小機(jī)器人由納米纖維制成的兩層組成：一層吸收水分，而另一層則不吸收。當(dāng)機(jī)器人被放置在潮濕的表面上時(shí)，吸濕層膨脹，使機(jī)器人弓起；吸濕層變干后機(jī)器人回落。這個(gè)過(guò)程循環(huán)往復(fù)，便能使機(jī)器人移動(dòng)。它們可以通過(guò)吸收地面或空氣中的水分來(lái)改變自身的形狀和大小。
這樣一臺(tái)完全依靠吸收空氣中水分來(lái)運(yùn)行的機(jī)器人是很有價(jià)值的，因?yàn)榭諝庵械乃质且环N全天然的能量來(lái)源，源源不斷，不費(fèi)成本；而且也沒(méi)有毒性，不像電池有可能會(huì)發(fā)生爆炸。這也是這種微型機(jī)器人未來(lái)或許能用于人體內(nèi)藥物運(yùn)輸、為人類治病的關(guān)鍵。
“hygrobot”——治療疾病方面的冉冉新星
由于這款微型機(jī)器人在能源提供、運(yùn)動(dòng)機(jī)制等方面的特殊性，這讓科學(xué)家們看到了它在未來(lái)應(yīng)用于醫(yī)療行業(yè)的巨大可能性。
由于自身體型小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，所以很容易根據(jù)不同的場(chǎng)景需要制成不同的形狀。為了檢驗(yàn)它的潛力，研究人員將用抗生素浸泡過(guò)的“濕度機(jī)器人”放到覆滿細(xì)菌的培養(yǎng)皿上，它能自行穿過(guò)培養(yǎng)皿，留下一條殺過(guò)菌的小道，像毛毛蟲蠕動(dòng)留下的粘液痕跡一樣
按照相同的原理，將來(lái)這些機(jī)器人也可以僅靠使用皮膚或者人體內(nèi)部水分來(lái)推動(dòng)自己，將藥物輸送到人體各個(gè)部位。此外，由于它們對(duì)空氣中的濕氣非常敏感，除了在人體內(nèi)運(yùn)送藥物之外，還可以配備傳感器，根據(jù)對(duì)其他氣體作出的反應(yīng)來(lái)檢測(cè)人體生理環(huán)境來(lái)診斷疾病。
由于這種機(jī)器人體型極小可以進(jìn)入人體內(nèi)部，所以在未來(lái)對(duì)于很多外部?jī)x器無(wú)法做出準(zhǔn)確診斷或者不方便治療的疾病——比如說(shuō)腦部、婦科和內(nèi)臟之類棘手的領(lǐng)域，期待它能夠大顯身手。而且它能夠在指定區(qū)域精準(zhǔn)用藥，所以在疾病治療的療效提高和成本降低方面，或?qū)⑾破鹨粓?chǎng)革命。
江湖人送“癌癥殺手”絕非浪得虛名
對(duì)于很對(duì)人來(lái)說(shuō)，癌癥仍然是困擾他們的“不治之癥”。腫瘤是人體細(xì)胞無(wú)限制增殖以及病態(tài)地?zé)o限吸取養(yǎng)分，導(dǎo)致身體某一個(gè)部位的細(xì)胞生態(tài)變化的一種疾病。惡性的腫瘤便是癌癥。目前醫(yī)療界對(duì)癌癥還拿不出什么非常有效的治療方案，癌癥診斷書就像是死神的名帖，一旦被它的陰影籠罩，就等于半只腳踏入了鬼門關(guān)。
但是現(xiàn)在這個(gè)能像毛毛蟲一樣蠕動(dòng)機(jī)器人，或許能為廣大癌癥患者帶來(lái)福音。
這款微型機(jī)器人使用的是納米纖維材料，非常有韌性且不易破損，這為它在復(fù)雜的人體內(nèi)穿行并且將所運(yùn)載的藥物完好無(wú)損地送達(dá)指定治療區(qū)域提供了保證。
因?yàn)?，遏制癌?xì)胞增殖的藥物早就研發(fā)出來(lái)了，但是傳統(tǒng)的藥物“敵我不分”，對(duì)于正常細(xì)胞和腫瘤細(xì)胞都有很強(qiáng)的殺傷作用。在使用常規(guī)用藥手段時(shí)，藥物還沒(méi)到達(dá)腫瘤處，就在血液循環(huán)過(guò)程中被身體吸收了一大半；而在藥物到達(dá)腫瘤處之后還能能被吸收多少，也不能夠確定。因此在目前的醫(yī)療手段下，患者并不能夠大量使用這些藥物，否則不僅病情沒(méi)有得到多少緩解，反而身體卻因?yàn)樗幬锏母弊饔枚逑聛?lái)。
而有了這種新研制出來(lái)的機(jī)器人之后，就可以準(zhǔn)確無(wú)誤地將藥物輸送到腫瘤處發(fā)揮作用，而不會(huì)在半途中對(duì)身體的健康細(xì)胞造成損傷。
除此之外，這款機(jī)器人不用電池也不用充電，這就避免了與含有硅或重金屬的可植入裝置相關(guān)的毒性風(fēng)險(xiǎn)，也能避免可能對(duì)人體造成的“二次傷害”。
練兵還需幾何，方到用兵之時(shí)？
說(shuō)到用于治病的可植入裝置，值得一提的還有水凝膠機(jī)器人。其實(shí)，“hygrobot”并非首個(gè)被應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的小型機(jī)器人。去年，來(lái)自哥倫比亞大學(xué)的團(tuán)隊(duì)在《科學(xué)機(jī)器人》（Science Robotics）雜志上發(fā)表了關(guān)于自行研發(fā)的水凝膠機(jī)器人這一成果，它由磁鐵激活，通過(guò)局部劑量性釋放化學(xué)藥物來(lái)治療腫瘤，達(dá)到更高精度的靶向化療。
顧名思義，水凝膠機(jī)器人采用的制作材料是與生物相容并且能進(jìn)行生物降解的基于基于聚乙二醇（PEG）的水凝膠，對(duì)于人體和環(huán)境來(lái)說(shuō)都更為友好。
至少在可植入裝置的材料上，可降解的納米纖維和水凝膠就預(yù)示著人類進(jìn)了一大步。
此外，基于DNA折紙術(shù)來(lái)組裝和制備DNA納米結(jié)構(gòu)并實(shí)現(xiàn)相應(yīng)功能的技術(shù)也日漸成熟，這是一種類似于制作微型復(fù)雜芯片的攝影構(gòu)圖技術(shù)（photo-patterning technique）。材料能夠通過(guò)埋入不同的生物化學(xué)模式，來(lái)響應(yīng)DNA的特定指令（如彎曲、折疊等），達(dá)到改變形狀的目的。這一技術(shù)大大提高了微型機(jī)器人的適用層面，使它能夠在不同環(huán)境下改變自身的形狀，來(lái)達(dá)到更好完成工作的目的。
水凝膠機(jī)器人需要外部的磁鐵激活和引導(dǎo)，這一點(diǎn)也提高了裝置的操控難度和對(duì)磁鐵的要求，并不便于身體內(nèi)部復(fù)雜器官的治療。相比之下，“hygrobot”沒(méi)有這個(gè)困擾，但是要使它精準(zhǔn)地移動(dòng)到指定部位并釋放藥物也需要后續(xù)的研究?jī)?yōu)化。如果能夠在這一方面取得突破，那么我們相信它在藥物運(yùn)輸、組織修復(fù)甚至破壞癌細(xì)胞植入等方面的潛力將令人矚目。
所以很有可能不久后的未來(lái)某一天，當(dāng)我們生病時(shí)，只需要吞下裝著微型機(jī)器人的膠囊，他們?cè)谶M(jìn)入我們的身體后，能夠承載著治療疾病的藥物，并且根據(jù)我們身體的不同構(gòu)造變幻自身的形狀，避開所有的障礙精準(zhǔn)地到達(dá)“目的地”，釋放藥物或者消滅病原體，完成許多在現(xiàn)在看來(lái)“不可能完成的任務(wù)”。
除了“癌癥殺手”或許更是“情緒大師”
不過(guò)，這款機(jī)器人帶來(lái)的想象力還不止于止。
因?yàn)樗€有一個(gè)“身份”——情緒大師。
如果有一天，你能讀懂臥室窗臺(tái)上你養(yǎng)的那盆多肉在想什么、或者你家的貓主子對(duì)你的“伺候”是否滿意，甚至你能夠監(jiān)控你侄兒的抑郁癥并且穩(wěn)定病情，這聽(tīng)起來(lái)是不是有點(diǎn)天方夜譚？或許微型機(jī)器人的發(fā)展，真的能讓這一切變成現(xiàn)實(shí)。
從生理角度來(lái)說(shuō)，抑郁癥的形成是因?yàn)樯窠?jīng)遞質(zhì)中多巴胺和5-HT等物質(zhì)濃度降低而導(dǎo)致大腦額葉和邊緣系統(tǒng)的病變。在臨床中也通常通過(guò)增加單胺類遞質(zhì)的含量來(lái)治療抑郁癥。
這種對(duì)濕度敏感的微型機(jī)器人可以像個(gè)“家庭護(hù)理員”一樣待在抑郁癥患者的身體里，每當(dāng)患者體內(nèi)多巴胺和5-HT濃度下降時(shí)，能夠及時(shí)地發(fā)出反饋，并且移動(dòng)到相應(yīng)區(qū)域釋放單胺類遞質(zhì)來(lái)緩解抑郁癥癥狀。
開個(gè)腦洞，人、動(dòng)物和植物的情緒在細(xì)胞生理機(jī)制層面有著共通之處。人和動(dòng)物主要是依靠大小腦的機(jī)制、神經(jīng)元和激素的分泌來(lái)影響情緒，而我們目前則是通過(guò)測(cè)量記錄植物體內(nèi)生物電流的變化來(lái)觀測(cè)植物情緒。微型機(jī)器人的投入可能將動(dòng)植物情緒的研究直接提升到分子層面，將微型機(jī)器人放入其體內(nèi)，由于它本身不含有金屬也不需要充電等可能影響生物磁場(chǎng)的因素，所以可以將來(lái)自設(shè)備的干擾降到最低，大大提升得到的研究數(shù)據(jù)的可信度。
不管是微型機(jī)器人直接反饋動(dòng)植物的情緒反應(yīng)也好，還是提供相關(guān)數(shù)據(jù)供研究學(xué)習(xí)也好，它勢(shì)必能夠大大推進(jìn)這一領(lǐng)域的研究發(fā)展。想象未來(lái)，我們能夠通過(guò)在寵物主子體內(nèi)或者心愛(ài)的盆栽體內(nèi)植入微型機(jī)器人，就能感受到它們是怎么跟你無(wú)言地“撒嬌”、“委屈”或者“吐槽”了。從動(dòng)物到人類的交流或許算不上什么，但是植物跟人類的交流能夠真正稱得上是跨越物種的交流。
或許，這是微型機(jī)器人在人與大自然萬(wàn)物和諧相處方面最值得銘記的意義——讓一切有靈之物的情緒能夠被感知、被理解，用后科技時(shí)代的產(chǎn)物，完成人類最原始的夢(mèng)想。
總結(jié)：微型機(jī)器人，正在向我們打開另一個(gè)世界
從醫(yī)療到勘測(cè)、從制造到國(guó)防，各種各樣的機(jī)器人開始應(yīng)用于人類生活的方方面面。機(jī)器人向微型領(lǐng)域的發(fā)展，則意味著人類工作的精細(xì)化、精準(zhǔn)化，將人類探索的層面不斷放大到細(xì)胞級(jí)別甚至分子級(jí)別。我們將從無(wú)限接近生命起源的角度來(lái)探究生命的意義。有的時(shí)候看起來(lái)令人束手無(wú)策的問(wèn)題卻有可能在微觀層面上迎刃而解。
因?yàn)樽匀唤缭诒驹瓷鲜窍嗤ǖ?，宏觀層面上截然不同的兩個(gè)事物在微觀上卻有可能具有共通之處，這個(gè)小小機(jī)器人或許在不經(jīng)意間就為我們推開了一扇“玄牝之門”。
