1966 年，好意思国上映了一部名为《神奇旅程》的科幻电影，影片中被削弱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，电影中的杜撰桥段正在走进推行寰宇，只不外在体内援手疾病的是"小型机器东谈主"。

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

因体积工致、纯真性高，小型机器东谈主被合计是将来无创或微创手术的主要守护有想象。尤其是磁控小型机器东谈主，因为磁场不错无害地穿透东谈主体组织，且能精确限度。

现在主要包括两类磁控小型机器东谈主。第一类具有粘液或液体基的身体，这类机器东谈主的身体太软，无法输出填塞的力来进行切割等手术操作，且可能会在东谈主体内留住残留物。如果念念让它们变硬，经常需要极强的磁场，或者需要加热到 60 ℃ 以上，可能导致患者体内细胞圆寂。

第二类具有固体弹性体的身体，天然不会有残留且不错远距离限度（小于 30 厘米），但因为受限于单一的磁化样式，它们最多只可具备两种手术功能。此外，大多数此类机器东谈主只可杀青 5 个解放度的灵通，很难在东谈主体复杂的环境中解放穿行。

近日，新加坡南洋理工大学   ( NTU ) 的商讨东谈主员树立了一个 4.4mm、领有 6 个解放度的软体小型机器东谈主，不仅能在复杂环境中纯真迁移，还能通过磁场从头编程，在体内作念 5 种手术动作，包括开释药物、切割生物组织、握取和存储生物样本以及而已加热。切换这些功能只需不到一秒的技巧。关系著作发表在 Advanced Materials 期刊。

携带这项商讨的是南洋理工大学机械与航空航天工程学院的副磨真金不怕火 Lum Guo Zhan（林国展）。往常十多年里，他一直深耕于小型机器东谈主边界。

2021 年，他的团队在 Advanced Materials 发文，见效守护了永久困扰小型磁控软机器东谈主的灵通学瓶颈。团队通过优化机器东谈主里面的磁化散播，初次杀青了无缺的 6 个解放度，这意味着该机器东谈主大概在横滚、俯仰和偏航三个维度上解放旋转。

（着手：NTU）

为了破解现存磁控小型机器东谈主的局限性，商讨团队想象了智能磁性复合材料。也便是让机器东谈主里面包含多种具有不同矫顽力、刚度和反应频率的磁性物资。有些部位磁性强、容易被从头磁化 / 退磁；有些部位磁性不会邋遢被改换，比拟得当。（注：矫顽力是磁性材料的特色之一，是指在磁性材料仍是磁化到磁饱和后，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） 。机器东谈主的主体扩充部件、重编程模块以及用于灵通的触手，皆掺入了这种微粒。

二是四氧化三铁（Fe ₃ O ₄）纳米颗粒，被成心用于机器东谈主最顶部的而已加热组件中 ，崇拜发烧作念热疗。

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，则实足不会受到这种磁化和消磁过程的影响。通过这种互异化的材料布局，机器东谈主不错被遍地随时且安全地从头编程，切换职责模式。

机器东谈主的材质主若是硅胶类软材料，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员物，用它来制作机器东谈主主体里面的磁化组件以录取六解放度增强模块。较高的刚度确保了这些扩充部件在发力切割或握取时，具有填塞的维持力和骨架强度，不会软塌塌地变形；后者是一种极其优柔且富余弹性的材料，被成心用来制作机器东谈主崇拜灵通的优柔触手。

在想象上，商讨团队选拔了对称性想象，这种想象确保了机器东谈主在扩充某一项特定功能时，只好对应的部件会被激活，而其他部件会保持不动，互不侵犯。

商讨东谈主员用这种智能磁性复合材料构建的机器东谈主主要由四个部分构成：主体、两根软触手、可从头编程模块，以及顶部的而已加热组件。 由于尺寸轻捷，商讨东谈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，崇拜扩充给药、切割、握取、存储；两根软触手崇拜走路、爬行、翻腾；可重编程磁模块是最紧迫的部位，崇拜各功能之间的快速切换；而已加热模块具有局部热疗功能。

图 | 软体小型机器东谈主（着手：上述论文）

当施加特定的交变磁场让"可重编程模块"实足消磁时，机器东谈主便干涉了灵通模式。

在这个模式下，6686体育官方网站入口机器东谈主领有无缺的 6 个解放度。不仅不错在三维空间中沿 X、Y、Z 轴平移，还能绕着三个轴解放旋转。

团队为其树立了两种主要步态：转化，在空空地带，它不错快速转化，致使不错取舍横向或纵向转化来挤过短促的粗疏。双锚点爬行，濒临斜坡或步地复杂的摧残物，它不错像毛毛虫不异，诈欺触手轮流算作锚点进行极其得当的爬行越障。

一朝机器东谈主通过灵通模式到达了体内的指定病灶，通过施加一个陡然的 60 mT 均匀磁场，就不错改换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，机器东谈主干涉给药模式。在特定磁场的运行下，机器东谈主主体内的两根软梁会发生形变，像开门不异开放内置的药物舱，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终端特出好多倍。

当角度被设定为 330 ° 时，机器东谈主干涉切割模式。逃避在机器东谈主体内的小型刀片会被渐渐推出。商讨团队在信得过的鸡肝组织和生物明胶上进行了测试。终端发现，机器东谈主不仅能稳稳地将机敏的切刀刺入组织，还能通过旋转自己来拉伸组织并完成深度切割。极其东谈主性化的是，这把小型手术刀平时是安全逃避在机器东谈主体内的，实足无谓缅念念在迁移过程中划伤健康组织。

图 | 软体机器东谈主不错可逆地从其灵通模式重编程到其他功能模式（着手：上述论文）

将磁矩设定为 210 ° 见解，机器东谈主干涉握取模式。机器东谈主不错伸出握手，不仅能匡助颐养待切除组织的角度，还能将切下的组织（用于活检）牢牢握起。

存储与握取模式配合，机器东谈主不错将握取到的生物样本拉入我方的主体里面妥善保存。此时如果切回灵通模式，握手会锁定，确保在体内运输样本时不会掉落。

而机器东谈主的热疗功能，不错与上述任何模式同期或落寞进行。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，由于磁场变化得确切太快，机器东谈主的机械部件根蓝本不足作念出任何物理变形反应。关联词，机器东谈主顶部的四氧化三铁（Fe ₃ O ₄）颗粒却能在此高频下产生热烈的电磁感应发烧。

实验标明，机器东谈主能在 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。更令东谈主诧异的是，发烧边界被极其严格地终端在机器东谈主周围半径 5.78 毫米的极小区域内，毫不会对周围平常的生理器官形成热损害。

为了考证该机器东谈主走向临床的可能，团队进行了大皆模拟信得过东谈主体环境的测试。

图 | Lum Guo Zhan（左）（着手：NTU）

细胞毒性实考讲明，战斗该机器东谈主的匿名东谈主类真皮成纤维细胞的存活率高达 99% 以上，与对照组简直无异，具有极高的生物相容性。

其次，为了满足临床手术模范，机器东谈主还在高压灭菌锅中采用了 121 ℃、15 分钟的无菌处理。灭菌后，功能涓滴莫得受到影响。还能在东谈主工合成尿液中得当地完成爬行、转化、切割和给药等动作。它致使能在较强的水流缓和流中牢牢收拢想象不松口。

商讨东谈主员还讲解称，该机器东谈主在经过 100 次磁化和退磁轮回后，仍能保持其磁性和机械得当性。

对于将来的发展，商讨东谈主员构念念了两种极其科幻的应用场景。

第一，胃肠谈援手，不错将机器东谈主冻在一个冰块里让患者吞下，冰块在胃里熔解后，机器东谈主在胃肠谈内完成给药，完工后随消化谈天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谈主进一步削弱到 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扩充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，商讨东谈主员正在探索奈何将机器东谈主与医学成像系统、传感器和东谈主工器官模子集成。他们还商酌与外科医师和谐，了解此类系统奈何融入将来的临床职责经过。

参考逢迎：

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

2.C. S. X.Ng， Y. X.Yeoh， N. Y. W.Foo6686体育官方网站入口， 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