【導(dǎo)讀】該論文介紹了一種新技術(shù)，即使大量機(jī)器人采用同樣材質(zhì)制作，還位于同一磁場(chǎng)影響下，我們依然可以利用磁場(chǎng)選擇性的驅(qū)動(dòng)某個(gè)微型機(jī)器人，甚至精確到它們身上的某個(gè)組件。
控制機(jī)器人在人體內(nèi)的運(yùn)動(dòng)一般要靠?jī)煞N方法：要么打造一種自帶推進(jìn)器和導(dǎo)航系統(tǒng)的微型潛水艇機(jī)器人，要么就得靠磁場(chǎng)來(lái)牽著微型機(jī)器人的鼻子走。不過(guò)，前者做起來(lái)很復(fù)雜，后者雖然較易實(shí)現(xiàn)，但一塊大磁鐵如果冬天放在身上一定很酸爽，最重要的是，這種方法很難一次控制多個(gè)微型機(jī)器人，為什么呢？因?yàn)轭櫭剂x，“磁場(chǎng)”是一種“場(chǎng)”，它的效力很難被限定在某一特定區(qū)域。
在實(shí)際運(yùn)用中，如果你想用一臺(tái)核磁共振（MRI）掃描儀來(lái)創(chuàng)造磁場(chǎng)，那么無(wú)論這個(gè)磁場(chǎng)的梯度如何，MRI 觸及范圍的所有東西都會(huì)受到影響，因此如果你想讓兩個(gè)微型機(jī)器人同時(shí)做不同的事，幾乎是天方夜譚。
當(dāng)然，事情都不是絕對(duì)的，要想讓微型機(jī)器人們學(xué)會(huì)“左右互搏”術(shù)，可以從差異化這個(gè)角度入手。這樣一來(lái)，持續(xù)的控制輸入就來(lái)對(duì)機(jī)器人造成不同的影響。不過(guò)，想讓這種方法在同質(zhì)化機(jī)器人身上起效就難得多了。
天無(wú)絕人之路，德國(guó)漢堡飛利浦研究院在 Science Robotics 上的論文就為我們指了條明路。該論文介紹了一種新技術(shù)，即使大量機(jī)器人采用同樣材質(zhì)制作，還位于同一磁場(chǎng)影響下，我們依然可以利用磁場(chǎng)選擇性的驅(qū)動(dòng)某個(gè)微型機(jī)器人，甚至精確到它們身上的某個(gè)組件。
是不是很酷？那么這樣神奇的控制能力到底是如何實(shí)現(xiàn)的呢？且聽我細(xì)細(xì)道來(lái)。
設(shè)備內(nèi)部的整體磁場(chǎng)開了一個(gè)洞，也就是所謂的“自由場(chǎng)點(diǎn)”（FFP），多個(gè)磁場(chǎng)都會(huì)在這里碰面（每個(gè)磁場(chǎng)都由獨(dú)立線圈生成）。在 FFP 中，磁場(chǎng)的梯度很低，因此也就喪失了驅(qū)動(dòng)物體移動(dòng)的能力，而這就是對(duì)微型機(jī)器人進(jìn)行單獨(dú)控制的關(guān)鍵切入點(diǎn)。
你可以在需要的區(qū)域，通過(guò)調(diào)大磁場(chǎng)梯度來(lái)“鎖”住不在 FFP 控制范圍內(nèi)的任何物體。隨后，借助溫和的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，就能讓 FFP 內(nèi)的物體旋轉(zhuǎn)起來(lái)。通過(guò)對(duì) FFP 位置的移動(dòng)，你就能選擇性的讓某些物體自由旋轉(zhuǎn)起來(lái)。
在這一案例中，那個(gè)強(qiáng)大的“鎖”其實(shí)是在磁場(chǎng)下作用向一邊傾斜的螺旋體，它們無(wú)法旋轉(zhuǎn)。與其不同的是，F(xiàn)FP 是一個(gè)零傾斜的區(qū)域，這就意味著在這里螺旋體可以自由旋轉(zhuǎn)。這項(xiàng)研究中用到的硬件可以單獨(dú)驅(qū)動(dòng)螺旋體，只要螺旋體間間距不超過(guò) 3 毫米就有效。
從磁場(chǎng)生成器的示意圖（上圖左）中我們能看到 3 套直角線圈，在 Z 軸方向有一個(gè)鐵質(zhì)內(nèi)核。磁場(chǎng)生成器（上圖中）上有一個(gè)直徑 12 厘米的鉆孔。在 XY 面（上圖右）的理想磁場(chǎng)中心有一個(gè)磁場(chǎng)零點(diǎn)，也就是我們上面所說(shuō)的 FFP，圖中白色的箭頭則代表局部磁場(chǎng)向量。
為了能讓該技術(shù)能盡快投入實(shí)際使用，研究人員還想了大量應(yīng)用方法：
第一種應(yīng)用是基于不同螺旋體驅(qū)動(dòng)機(jī)制的。在整形外科中，該技術(shù)可在移植過(guò)程中起到巨大作用，因?yàn)樗梢噪S著恢復(fù)過(guò)程改變移植物的形狀。舉例來(lái)說(shuō)，在肢體延長(zhǎng)和早發(fā)性脊柱側(cè)凸等病癥的治療上，該技術(shù)能為醫(yī)生提供更高的靈活性（控制假體形狀的變化）。此外，該技術(shù)還能用在微粒體的控制中，只需打造微型磁泵和閥門，無(wú)需電力或機(jī)械連接，即可單獨(dú)對(duì)其進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。
第二種應(yīng)用與負(fù)責(zé)局部治療的簡(jiǎn)單微型機(jī)器有關(guān)，如遙控一個(gè)可以釋放藥物的磁性微型膠囊。此外，它還可以用在遙控用開關(guān)控制的放射性種子上，實(shí)現(xiàn)對(duì)開關(guān)的精確控制后，藥物釋放的區(qū)域和劑量都能得到最好的優(yōu)化，不會(huì)誤傷“友軍”。
如果用上帶有凹槽的螺旋盾，就能讓定向種子擁有遠(yuǎn)程調(diào)節(jié)輻射方向的能力，這能讓醫(yī)生精確控制用藥劑量并保護(hù)健康組織。此外，磁力操縱精確度可達(dá)納米級(jí)，通過(guò)導(dǎo)管，攜帶藥物的種子可以直達(dá)病灶，完成藥物釋放后它們就能從血管中排出。通過(guò)設(shè)備對(duì)其進(jìn)行影像定位后，只有那些真正進(jìn)入病灶部位的種子才會(huì)被激活。
（原文發(fā)表于spectrum.ieee。雷鋒網(wǎng)大壯旅編譯）
推薦閱讀：
