1966 年，好意思国上映了一部名为《神奇旅程》的科幻电影，影片中被减轻成微米级别的五名医师被打针到患者体内进行血管手术。时于本日，电影中的编造桥段正在走进施行宇宙，只不外在体内诊治疾病的是"小型机器东说念主"。

"小型机器东说念主"其实是一个统称，其涵盖了尺寸从 1 微米（约为东说念主类头发丝直径的 1/100）到数毫米的机器东说念主，而机器东说念主的尺寸小于 1 微米则称之为"纳米机器东说念主"。

因体积工整、纯真性高，小型机器东说念主被以为是将来无创或微创手术的主要赓续有盘算。尤其是磁控小型机器东说念主，因为磁场不错无害地穿透东说念主体组织，且能精确抑遏。

现在主要包括两类磁控小型机器东说念主。第一类具有粘液或液体基的身段，这类机器东说念主的身段太软，无法输出富裕的力来进行切割等手术操作，且可能会在东说念主体内留住残留物。如果思让它们变硬，常常需要极强的磁场，或者需要加热到 60 ℃ 以上，可能导致患者体内细胞耗费。

第二类具有固体弹性体的身段，固然不会有残留且不错远距离抑遏（小于 30 厘米），但因为受限于单一的磁化形势，它们最多只可具备两种手术功能。此外，大多数此类机器东说念主只可杀青 5 个目田度的开通，很难在东说念主体复杂的环境中目田穿行。

近日，新加坡南洋理工大学   ( NTU ) 的盘问东说念主员配置了一个 4.4mm、领有 6 个目田度的软体小型机器东说念主，不仅能在复杂环境中纯真迁徙，还能通过磁场再行编程，在体内作念 5 种手术动作，包括开释药物、切割生物组织、合手取和存储生物样本以及长途加热。切换这些功能只需不到一秒的时辰。有关著作发表在 Advanced Materials 期刊。

指导这项盘问的是南洋理工大学机械与航空航天工程学院的副西席 Lum Guo Zhan（林国展）。曩昔十多年里，他一直深耕于小型机器东说念主界限。

2021 年，他的团队在 Advanced Materials 发文，告成赓续了永恒困扰小型磁控软机器东说念主的开通学瓶颈。团队通过优化机器东说念主里面的磁化散布，初度杀青了圆善的 6 个目田度，这意味着该机器东说念主或者在横滚、俯仰和偏航三个维度上目田旋转。

（开始：NTU）

为了破解现存磁控小型机器东说念主的局限性，盘问团队联想了智能磁性复合材料。也即是让机器东说念主里面包含多种具有不同矫顽力、刚度和反映频率的磁性物资。有些部位磁性强、容易被再行磁化 / 退磁；有些部位磁性不会荒诞被蜕变，相比踏实。（注：矫顽力是磁性材料的特色之一，是指在磁性材料还是磁化到磁饱和后，要使其磁化强度减到零所需要的磁场强度。）

这些物资主要包括钕铁硼（NdFeB）磁性微粒，钕铁硼被誉为"磁王"，具有极高的磁性和矫顽力（达到 93.3 – 614 mT） 。机器东说念主的主体奉行部件、重编程模块以及用于开通的触手，王人掺入了这种微粒。

二是四氧化三铁（Fe ₃ O ₄）纳米颗粒，被专诚用于机器东说念主最顶部的长途加热组件中 ，厚爱发烧作念热疗。

部分材料不错在 60 – 65 mT 的磁场作用下被可逆地磁化和消磁；而其他具有更高磁矫顽力的区域，则十足不会受到这种磁化和消磁过程的影响。通过这种各异化的材料布局，九游体育9GameSports中国官网机器东说念主不错被随处随时且安全地再行编程，切换使命步地。

机器东说念主的材质主如果硅胶类软材料，包括 PDMS（聚二甲基硅氧烷）与 Ecoflex 00-10（一种超软硅胶）。前者是一种刚度相对较高的医用级高分子团聚物，用它来制作机器东说念主主体里面的磁化组件以收用六目田度增强模块。较高的刚度确保了这些奉行部件在发力切割或合手取时，具有富裕的赞成力和骨架强度，不会软塌塌地变形；后者是一种极其优柔且富足弹性的材料，被专诚用来制作机器东说念主厚爱开通的优柔触手。

在联想上，盘问团队取舍了对称性联想，这种联想确保了机器东说念主在奉行某一项特定功能时，只消对应的部件会被激活，而其他部件会保持不动，互不搅扰。

盘问东说念主员用这种智能磁性复合材料构建的机器东说念主主要由四个部分构成：主体、两根软触手、可再行编程模块，以及顶部的长途加热组件。 由于尺寸轻微，盘问东说念主员需要在显微镜下拼装。

主体包含三根可变形的软梁，像小手臂，厚爱奉行给药、切割、合手取、存储；两根软触手厚爱步碾儿、爬行、翻腾；可重编程磁模块是最进犯的部位，厚爱各功能之间的快速切换；长途加热模块具有局部热疗功能。

图 | 软体小型机器东说念主（开始：上述论文）

当施加特定的交变磁场让"可重编程模块"十足消磁时，机器东说念主便参加了开通步地。

在这个步地下，开云·体育中国官网机器东说念主领有圆善的 6 个目田度。不仅不错在三维空间中沿 X、Y、Z 轴平移，还能绕着三个轴目田旋转。

团队为其配置了两种主要步态：升沉，在空空地带，它不错快速升沉，致使不错取舍横向或纵向升沉来挤过局促的谬误。双锚点爬行，面临斜坡或表情复杂的拒绝物，它不错像毛毛虫雷同，应用触手轮换看成锚点进行极其踏实的爬行越障。

一朝机器东说念主通过开通步地到达了体内的指定病灶，通过施加一个瞬息的 60 mT 均匀磁场，就不错蜕变可重编程模块的磁极角度，从而切换到不同的手术功能。

当磁矩角度被设定在 90 ° 时，机器东说念主参加给药步地。在特定磁场的运行下，机器东说念主主体内的两根软梁会发生形变，像开门雷同翻开内置的药物舱，开释里面装载的药物（如化疗药物胶囊），这种靶向寄递比传统的血液轮回给药扫尾逾越很多倍。

当角度被设定为 330 ° 时，机器东说念主参加切割步地。掩藏在机器东说念主体内的小型刀片会被逐渐推出。盘问团队在真确的鸡肝组织和生物明胶上进行了测试。扫尾发现，机器东说念主不仅能稳稳地将尖锐的切刀刺入组织，还能通过旋转自己来拉伸组织并完成深度切割。极其东说念主性化的是，这把小型手术刀平时是安全掩藏在机器东说念主体内的，十足无用顾虑在迁徙过程中划伤健康组织。

图 | 软体机器东说念主不错可逆地从其开通步地重编程到其他功能步地（开始：上述论文）

将磁矩设定为 210 ° 标的，机器东说念主参加合手取步地。机器东说念主不错伸出合手手，不仅能匡助转念待切除组织的角度，还能将切下的组织（用于活检）牢牢合手起。

存储与合手取步地配合，机器东说念主不错将合手取到的生物样本拉入我方的主体里面妥善保存。此时如果切回开通步地，合手手会锁定，确保在体内输送样本时不会掉落。

而机器东说念主的热疗功能，不错与上述任何步地同期或零丁进行。在这个功能中，当医师施加一个极高频率、中等强度的交变磁场时，由于磁场变化得确凿太快，机器东说念主的机械部件根原来不足作念出任何物理变形反应。然则，机器东说念主顶部的四氧化三铁（Fe ₃ O ₄）颗粒却能在此高频下产生激烈的电磁感应发烧。

实验标明，机器东说念主能在 35 秒内，将其顶部温度精确升高到 40 ℃，它足以对病变细胞进行热疗，同期又能保证配合使用的化疗药物不会因高温而失效。更令东说念主骇怪的是，发烧范围被极其严格地规章在机器东说念主周围半径 5.78 毫米的极小区域内，毫不会对周围平素的生理器官形成热挫伤。

为了考据该机器东说念主走向临床的可能，团队进行了多数模拟真确东说念主体环境的测试。

图 | Lum Guo Zhan（左）（开始：NTU）

细胞毒性实考据明，战役该机器东说念主的匿名东说念主类真皮成纤维细胞的存活率高达 99% 以上，与对照组竟然无异，具有极高的生物相容性。

其次，为了好听临床手术范例，机器东说念主还在高压灭菌锅中摄取了 121 ℃、15 分钟的无菌处理。灭菌后，功能涓滴莫得受到影响。还能在东说念主工合成尿液中踏实地完成爬行、升沉、切割和给药等动作。它致使能在较强的水流和善流中牢牢收拢见地不松口。

盘问东说念主员还禀报称，该机器东说念主在经过 100 次磁化和退磁轮回后，仍能保持其磁性和机械踏实性。

对于将来的发展，盘问东说念主员构思了两种极其科幻的应用场景。

第一，胃肠说念诊治，不错将机器东说念主冻在一个冰块里让患者吞下，冰块在胃里融解后，机器东说念主在胃肠说念内完成给药，完工后随消化说念当然排出或从口腔回收。

第二，脑部无创手术，表面上不错将机器东说念主进一步减轻到 2.5mm 长。届时，不错将其打针到患者的脊髓中，让它顺着脑脊液游入大脑深处奉行极其复杂的脑部手术，然后再沿着脊柱原路复返并取出。

现在，盘问东说念主员正在探索怎样将机器东说念主与医学成像系统、传感器和东说念主工器官模子集成。他们还谋划与外科医师协作，了解此类系统怎样融入将来的临床使命经过。

参考并吞：

1.https://www.ntu.edu.sg/engineering/news-and-events/news/detail/robot-surgery

2.C. S. X.Ng， Y. X.Yeoh中国KAIYUN， N. Y. W.Foo， K.Radhakrishnan， and G. Z.Lum， " Miniature Soft Robot With Magnetically Reprogrammable Surgical Functions. " Advanced Materials ( 2026 ) : e23056. https://doi.org/10.1002/adma.202523056