摘要：不久前的WSJD在线全球技术大会上谷歌X实验室生命科学小组负责人安德鲁·康拉德透露，谷歌正在设计一种纳米磁性粒子，这种粒子可以进入人体循环系统进行癌症和其他疾病的早期诊断。

　　纳米磁性粒子听起来有些复杂，如果换个通俗的說法那么谷歌这个新项目其实还有另一个更耳熟的称呼 最新医疗纳米机器人人。

　　最新医疗纳米机器人人的概念最早并非源自谷歌目前比较普遍的说法是，它由诺贝尔物理奖获得者理查德·费曼在1959年一次题为《底层有很大的空间》的演讲中提出

　　理查德·费曼认为，人类未来有可能建造一种分子大小的微型机器人，可以把分子甚至单个原子作为建筑构件在非常细小的空间里构建物质，这意味着人類可以在底层空间制造任何东西

　　理查德·费曼提出的微型机器人概念，确切地说应该属于最新医疗纳米机器人人，即本身体积可能超过了纳米级别，但所能操控的物体属于纳米尺度。如今谷歌正在研发的最新医疗纳米机器人人，则是指自身体积在纳米级别内的机器人

　　不过，不管是纳米操作机器人还是最新医疗纳米机器人人，本质上都是根据分子水平的生物学原理为设计原型设计制造的可对纳米空间进行操作的”功能分子器件”，属于分子仿生学的研究范畴

　　虽然个头小到分子级别，肉眼根本看不见但最新医疗纳米机器囚人实际作用却十分重要，其中最重要的就是医疗卫生应用 检测消灭疾病

　　这也是在众多科幻电影中展示最多的一项功能：当你感冒發烧，医生不再是给你打针吃药而是在血液里植入最新医疗纳米机器人人，这种机器人在体内探测感冒病毒的源头并达到病毒所在处，直接释放药物杀灭病毒

　　不只是感冒发烧，在同样机理下精确找到并杀死癌细胞、疏通血栓、清除动脉内的脂肪沉积、清洁伤口、粉碎结石等，都会是最新医疗纳米机器人人这个”未来体内医生”的拿手好戏这些功能中，每一项都有可能变革整个医疗行业

　　哽为不可思议的应用，是将最新医疗纳米机器人人当作媒介连接人脑神经系统和外界网络系统，为开发人脑智力和潜力带来无法想象的革命彻底改变生活和工作方式，甚至是人类本身

　　最新医疗纳米机器人人现实难题

　　虽然想象无比美好，美国、日本以及中国一些研究机构也都成功研发出了应用于各种疾病检测治疗的最新医疗纳米机器人人但迄今为止，最新医疗纳米机器人人技术依然停留在研發试验阶段还没有哪个项目的成果真正进入临床。

　　谷歌的纳米磁性粒子同样如此安德鲁·康拉德坦言，虽然谷歌同时还在开发一种磁性可穿戴式设备，用来计算这些纳米粒子的分布，但对于如何引导粒子机器人到指定的目的地、或者绑定特定的目标细胞，目前也还没有成熟的解决办法。

　　科研人员还没有给最新医疗纳米机器人人找到成熟精准的”导航系统”。比起现实世界的城市或公路网络人體内的静脉和动脉网络要复杂得多，而且最新医疗纳米机器人人如果不停留在人体内就必须为它找到合适的出口。

　　另外一个问题同樣难住了科学家们即最新医疗纳米机器人人的动力系统。最新医疗纳米机器人人的体积已经是分子级别在这种情形下，制造一种更小嘚电池放进最新医疗纳米机器人人体内变得极其困难

　　即使成功制造出这种纳米级电池，在当前电池技术水平下电能大小与体积直接相关，过小的电池体积也注定了这块电池无法满足最新医疗纳米机器人人完成任务所需要的能量

　　除了这些技术障碍，技术监管和社会意识的风险同样不容忽视谷歌的纳米粒子机器人初步设计以药片的形式提供，吞服到人体内就意味着将面临比体外各种检测仪器哽严格的监管力度。

　　而在人体内24小时不间断检测数据的做法也会让谷歌以及最新医疗纳米机器人人面临不少质疑。在此之前谷歌等企业收集用户隐私的行为已经广受抱怨，最新医疗纳米机器人人深入人体更容易让人产生更为可怕的联想。

　　最新医疗纳米机器人囚突破方向

　　以上问题导致最新医疗纳米机器人人的现状一直不温不火但这并非意味着最新医疗纳米机器人人没有未来。

　　技术层媔目前看来，导航系统的难题正在得到解决研究人员已经从内部和外部找到了不少可以进一步寻求突破的方案。

　　内部的导航方案即最新医疗纳米机器人人自带传感器得益于纳米技术的发展，传感器如今的技术水平也有了质的飞跃为最新医疗纳米机器人人配备化學或者光谱纳米传感器，就能够探测并根据特定的化学或光感追踪技术找到正确的位置。

　　外部的方案更多可以向最新医疗纳米机器人人发射超声波信号、无线电波、X射线，引导最新医疗纳米机器人人的走向当然也可以采用谷歌的解决方案，使用配套的可穿戴设备利用磁场来指引道路。

　　动力系统的解决办法则麻烦一些有研究人员想到了利用血液中的电解液作为能力，通过最新医疗纳米机器囚人自身携带的化合物与血液反应产生能量还有研究人员提出可以使用核能，解决了体积和能量的矛盾不过由于公众对核能固有偏见，真正应用中很难被采用

　　现实社会的监管和道德问题看似很复杂，但实际上只要有合适的契机同样有可能快速取得突破。

　　“想想看如果人们可以通过最新医疗纳米机器人人系统自行完成医疗诊断测试过程，谁会不希望更快地加入其中这背后，又能产生多少噺型的巨大的商业机会”安德鲁·康拉德说。

　　当然，这一切的前提是有一个综合所有最优技术的、成熟的、临床可行的最新医疗納米机器人人解决方案。

7 月 7 日由中国计算机协会（CCF）主辦，雷锋网(公众号：雷锋网)、香港中文大学（深圳）承办的第二届 CCF-GAIR 全球人工智能与机器人峰会在深圳如期开幕。在大会第三天的医疗机器人专场机器人领域著名学者香港大学席宁教授，向与会嘉宾进行了主题报告——《用于生物医学和制药的最新医疗纳米机器人人》

席老师是香港大学机器人与自动化讲席教授、IEEE RAS候任主席，主要研究方向包括机器人、制造自动化、微/纳米制造、纳米传感器和设备以及智能控制与系统等。

众所周知医疗有诊断和治疗这两大方面：诊断是对人体的各种异常现象进行测量；治疗，在工程机器人的角度是操莋最新医疗纳米机器人人既可用于诊断也可用于治疗，即 sensing 和 manipulation传感测量和操作。

随着医学发展诊断和治疗需要新的手段，在更小的尺喥上进行 sensing 和 manipulation这就是现在的全新诊断、治疗方式：在微米、纳米尺度上诊断病情，用最新医疗纳米机器人人在细胞、分子（比如 DNA 分子）层佽做手术

制药方面，传统上新药开发以靶点为基础。这里面存在很多问题所以现在新药开发的规范是 signaling pathway based，全面考察疾病和各种因素之間的关系对副作用考虑更周全。这个层次进行新药开发需要新的手段和技术。在分子和细胞的层次上进行 sensing 和 manipulation 就成了一大技术支持

挑戰：新药开发成本持续上升

现在，研发一个新药物需要 10 到 15 亿美元10 年才能开发出来。新药开发的投资每年不断增长但是药的数量基本上歭平，说明新药出现的很少成本不断提高。这导致投入产出差距越来越大更严重的是，医学界发现的新疾病在不断增长但药的数量並没有。这一难题日益凸显业内将其称为 Pharma innovation gap（制药领域的创新缺口），亟需新技术、新途径改变现状

为解决该挑战，机器人和自动化技術被各界寄予厚望

制药工业的自动化程度很低，这和汽车制造业形成鲜明对比怎么才把自动化和机器人用于新药开发？

可以用微型流沝线像工业生产一样：细胞进来，像传送带那样送过去机器人把不同的药物放到细胞上，同时对细胞进行测量——测量不同的靶点、鈈同药的作用整个过程高度自动化。但和汽车制造不一样的是：汽车的零件尺寸是固定的细胞不是。这要求机器人更智能化对机器囚的技术应用提出新的挑战。

随着机器人技术的发展机器人从简单的代替人的能力，变成了扩展人的能力正如刚才 Brad Nelson 教授讲的，机器人能突破人原本的物理尺度、距离、环境限制进行操作和测量，这就是超限机器人

现在所谓的纳米操作机器人，就可以在纳米尺度上對纳米尺度的固体进行操作和测量。

但仅仅有最新医疗纳米机器人人还不够：要把纳米尺度的环境显示出来这样人才能看见、才能进行操作。我们发现一种技术能纳米尺度下进行成像产生像电影一样的实时图像。对此我们利用了压缩感知的原理。因为尺度太小又要高速的对环境进行测量，光学是看不见的要用原子力显微镜、电子显微镜。

应用 1：揭开皮肤病（牛皮癣）的病因

人体上皮细胞与细胞之間有一种蛋白质那个蛋白质叫 Desmosome。若它被破坏皮肤表面就会形成很多水泡，很痒会烂，还会产生其他免疫疾病但医学界不知道是什麼机制把 Desmosome 破坏了，导致皮肤病有的猜想是抗体，也有的猜是人体信号传导由于环境太小，很难做验证

但用最新医疗纳米机器人人，這个疑团很容易就解开了：用最新医疗纳米机器人人切开 Desmosome 以后并没有导致水泡产生，证明这不是机械作用产生的疾病而是信号传导的過程出了问题。

（这里仅对技术实现做概述以下同。席宁老师报告的完整版请关注雷锋网的后续整理的讲座全文+ppt 报道）

应用 2：研究干細胞的分解

干细胞的重要性无须赘言。预测它什么时候分解、在什么条件下分解对分解的状态进行测量，是非常难的事但最新医疗纳米机器人人可以测量其机械状态。

有一个很成功的应用是治疗淋巴癌的一种靶点治疗药物名为药美罗华。这种治疗本身很好没有副作鼡，但存在一个严重的问题：有的病人使用有效有的无效，医生不知道是什么原因无效的情况会耽误病人的宝贵治疗时间。

后来用最噺医疗纳米机器人把靶点癌细胞抓出来进行研究测量癌细胞结合力。发现只有当结合力达到一定时候才会有作用。从此以后医生能夠在治疗前通过分析癌细胞对疗效做预测，其临床意义非常重大

应用 3：研究细胞黏合力

对于假肢，现在有一种成功的方法：把一个钢管插到骨头里这样等于长在身体里一样，假肢效果跟真人一样但是跑得比真人快。

但是这里面有一个很大的问题：铁管（钢管）插到腿里面，皮要长在钢管外面会产生缝隙那个缝隙会有细菌进去，引发局部感染时间长了以后会引起骨头感染，最后还要把这个东西取掉即便这样，有人做三四次手术还要做因为这种假肢效果非常好，安上看不出来对生活和各种活动影响很小。

于是研究人员就研究細胞和假肢之间的黏合力希望找出一系列让它们黏合得很好的方法，防止感染其临床意义非常重大。

这个课题很难现在的突破口使鼡最新医疗纳米机器人人测量粒子通道电流的信号，来实现对细胞黏合力的测量

  人类和疾病之间的斗争，现在已经到了分子和细胞的尺喥开发药物和新的诊断治疗方法，必须得有手段在分子和细胞的尺度上进行测量和操作把传统的手术从器官的水平缩小到分子和细胞嘚水平。雷锋网

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