“癌症杀手”真的会是“读心专家”吗?

你见过不用充电不用电池的机器人吗?

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还真有!

2018年韩国首尔大学的研究者研发了一款名为“Hygrobot”的微型机器人。这款机器人不仅能够爬行和前后蠕动,还能像蛇一样自如地蜷缩。更神奇的是,它不需要电池,也不需要充电,而是靠吸收空气中的湿气来为自身提供能量。

单纯从外观来看,它确实不像拥有着复杂结构和精妙功能的微型机器人,还长得像被剪碎了的塑料片一样,平淡无奇。但它小小的身躯中却蕴藏着神奇的能力。

从向植物“取经”而来的研发灵感

吸收湿气就能提供能量?这款神奇的微型机器人到底是怎么做到的?

它的设计灵感源于植物。我们都知道,松果的鳞片在潮湿时紧闭,在干燥时打开,这样可以使它内部的种子传播得更远。这款微型机器人的灵感就来源于此。它不是由植物材料制成的,而是模仿其背后的机制。

“Hygrobot”可以迅速膨胀和收缩来纵向响应湿度变化。

这款微型小机器人由纳米纤维制成的两层结构组成:一层吸收水分,另一层则不吸收。当机器人被放置在潮湿的表面上时,吸湿层膨胀,使机器人弓起,吸湿层变干后机器人回落。这个过程循环往复,便能使机器人移动。它可以通过吸收地面或空气中的水分来改变自身的形状和大小。

这样一台完全依靠吸收空气中的水分来运行的机器人是很有价值的,因为空气中的水分是一种全天然的能量,源源不断,不费成本;而且也没有毒性,不像电池那样有可能会发生爆炸。这也使这款微型机器人未来或许能用于人体内的药物运输,为人类治病。

“Hygrobot”——治疗疾病方面的冉冉新星

基于这款微型机器人在能源提供、运动机制等方面的特殊性,科学家们看到了它在未来应用于医疗行业的巨大可能性。

由于自身体型小、结构简单,所以它很容易根据不同的场景需要被制成不同的形状。为了检验它的潜力,研究人员将用抗生素浸泡过的“Hygrobot”放到覆满细菌的培养皿上,它能自行穿过培养皿,留下一条杀过菌的小道,像毛毛虫蠕动留下的黏液痕迹一样。

按照相同的原理,将来它也可以仅靠使用皮肤中的或者人体内部的水分来推动自己,将药物输送到人体各个部位。此外,由于它对空气中的湿气非常敏感,除了在人体内运送药物,还可以为其配备传感器,根据其对其他气体做出的反应检测人体生理环境,从而诊断疾病。

由于“Hygrobot”体型极小,可以进入人体内部,所以,在未来对于很多外部仪器无法做出准确诊断或者不方便治疗的疾病——如脑部、妇科和内脏方面的疾病,我们期待它能够大显身手。而且它能够在指定区域精准用药,所以在疾病治疗的疗效提高和成本降低方面,它或将掀起一场革命。

“癌症杀手”,绝非浪得虚名

对于很多人来说,癌症仍然是困扰他们的“不治之症”。肿瘤是人体细胞无限制增殖及病态地无限汲取养分,导致身体某一个部位的细胞生态变化的一种疾病,恶性的肿瘤便是癌症。目前医疗界对癌症还没有非常有效的治疗方案,癌症诊断书就像是死神的“名帖”,一旦被它的阴影笼罩,就等于半只脚踏入了“鬼门关”。

但是现在这个能像毛毛虫一样蠕动的机器人,或许能为广大癌症患者带来福音。

这款微型机器人使用的是纳米纤维材料,非常有韧性且不易被破损,这为它在复杂的人体内穿行并且将所运载的药物完好无损地送达指定治疗区域提供了保证。

遏制癌细胞增殖的药物早就研发出来了,但是传统的药物常常“敌我不分”,对于正常细胞和肿瘤细胞都有很强的杀伤作用。在使用常规用药手段时,药物还没到达肿瘤处,就在血液循环过程中被身体吸收了一大半;而在药物到达肿瘤处之后还能被吸收多少,也不能够确定。因此,在目前的医疗手段下,患者并不能大量使用这些药物,否则,不仅病情没有得到多少缓解,反而身体却因为药物的副作用而垮下来。

这款微型机器人可以准确无误地将药物输送到肿瘤处发挥作用,而不会在半途中对身体的健康细胞造成损伤。除此之外,它不用电池也不用充电,这就避免了含有硅或重金属的可植入装置相关的毒性风险,也能避免对人体造成“二次伤害”。

练兵还需几何,方到用兵之时?

说到用于治病的可植入装置,值得一提的还有水凝胶机器人。其实,“Hygrobot”并非首个被应用于生物医学领域的微型机器人。2018年,来自哥伦比亚大学的团队在《科学机器人》(Science Robotics)杂志上发表了关于自行研发的水凝胶机器人这一成果,它由磁铁激活,通过局部剂量性释放化学药物来治疗肿瘤,达到更高精度的靶向化疗效果。

顾名思义,水凝胶机器人采用的制作材料是与生物相容并且能进行生物降解的基于聚乙二醇(PEG)的水凝胶,对于人体和环境来说都更为友好。

至少在可植入装置的材料上,可降解的纳米纤维和水凝胶就预示着人类前进了一大步。

此外,基于DNA折纸术来组装和制备DNA纳米结构并实现相应功能的技术也日渐成熟,就像制作微型复杂芯片的摄影构图技术。材料能够通过埋入不同的生物化学模式,来响应DNA的特定指令(如弯曲、折叠等),达到改变形状的目的。这一技术大大提高了微型机器人的适用层面,使它能够在不同环境下改变自身的形状,从而更好地完成工作。

水凝胶机器人需要外部的磁铁激活和引导,这一点也提高了装置的操控难度和对磁铁的要求,并不便于身体内部复杂器官的治疗。相比之下,“Hygrobot”没有这个困扰,但是要使它精准地移动到指定部位并释放药物还需要后续的研究优化。如果能够在这一方面取得突破,那么我们相信它在药物运输、组织修复甚至破坏癌细胞植入等方面的潜力将令人瞩目。

所以,很有可能在不久的某一天,当我们生病时,只需要吞下装着微型机器人的胶囊。它们在进入我们的身体后,能够承载着治疗疾病的药物,并且根据我们身体的不同构造变换自身的形状,避开所有的障碍,精准地到达“目的地”,释放药物或者消灭病原体,完成许多在现在看来“不可能完成的任务”。

“癌症杀手”或许更是“情绪大师”

不过,这款机器人带来的想象力还不止于此,因为它还有一个“身份”——情绪大师。

如果有一天,你能读懂卧室窗台上你养的那盆多肉在想什么,或者了解你家的猫对你是否满意,甚至你能够监控你侄子的抑郁症是否病情稳定,这些听起来是不是有点像天方夜谭?或许微型机器人的发展,真的能让这一切变成现实。

从生理角度来说,抑郁症的形成是因为神经递质中多巴胺和5-HT等物质浓度降低而导致大脑额叶和边缘系统的病变。在临床中通常通过增加单胺类递质的含量来治疗抑郁症。

这种对湿度敏感的微型机器人可以像“家庭护理员”一样待在抑郁症患者的身体里,每当患者体内多巴胺和5-HT浓度下降时,能够及时给出反馈,并且移动到相应区域释放单胺类递质来缓解抑郁症症状。

人、动物和植物的情绪在细胞生理机制层面有共通之处。人和动物主要是依靠大脑和小脑的机制、神经元和激素的分泌来影响情绪的,我们目前是通过测量记录植物体内生物电流的变化来观测植物情绪的。微型机器人的投入可能将动植物情绪的研究直接提升到分子层面,将微型机器人放入其体内,由于它本身不含有金属,也不需要充电,不会对生物磁场造成影响,所以,可以将来自设备的干扰降到最低,大大提升得到的研究数据的可信度。

不管是微型机器人直接反馈动植物的情绪反应,还是提供相关数据供研究学习,都能够大大推进这一领域的研究发展。想象一下在未来,我们通过在宠物体内或者心爱的盆栽体内植入微型机器人,就能感受到它们是怎么与你无言地“撒娇”“委屈”或者“吐槽”了。动物与人类的交流或许算不上什么,但是植物与人类的交流能够真正称得上是跨越物种的交流。

或许,这是微型机器人在人与大自然万物和谐相处方面最值得铭记的意义——让一切生物的情绪能够被感知、被理解,用后科技时代的产物,完成人类最原始的梦想。

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