18新利最新登入纳米机器人将如何工作

如果实现得当，纳米机器人将能够治疗许多疾病和病症。虽然它们的体积意味着它们只能携带非常小的药物或设备有效载荷，但很多医生工程师们相信，这些工具的精确应用将比传统方法更有效。例如，医生可能会通过注射器给病人注射强效抗生素免疫系统．抗生素在流经病人体内时会被稀释血液中导致只有一部分到达感染点。18新利最新登入然而，一个纳米机器人——或一组纳米机器人——可以直接到达感染点，并提供小剂量的药物。这种药物可能会减少病人的副作用。

一些工程师、科学家和医生认为，纳米机器人的应用实际上是无限的。一些最有可能的用途包括:

• 治疗动脉硬化当前位置动脉硬化指的是沿动脉壁形成斑块的情况。纳米机器人可以通过切除斑块来治疗这种疾病，然后斑块会进入血液。

  纳米机器人可以通过物理去除动脉壁上的斑块来治疗动脉硬化等疾病。

• 分解血块血凝块可引起各种并发症，包括肌肉中风致死纳米机器人可以移动到血块并将其分解。这个应用是纳米机器人最危险的用途之一机器人必须能够在不丢失血液中的小块的情况下清除堵塞，这些小块可能会转移到身体的其他地方，导致更多的问题。机器人还必须足够小，这样它本身就不会阻塞血液流动。
• 战斗癌症当前位置医生们希望使用纳米机器人治疗癌症患者。这些机器人既可以使用激光、微波或超声波信号直接攻击肿瘤，也可以作为化疗的一部分，直接将药物输送到癌症部位。医生们相信，通过给病人提供小而精确的药物剂量，可以在不影响药物疗效的情况下将副作用降至最低。
• 帮助身体凝结一种特殊的纳米机器人是clottocyte，或人工血小板。凝血细胞携带着一个小的网状物，在与血浆接触时溶解成一层粘性膜。根据凝血细胞的设计者Robert A. Freitas, Jr.的说法，凝血速度比人体的自然凝血机制快1000倍[来源:Freitas]。医生可以使用凝血细胞治疗血友病患者或有严重开放性伤口的患者。
• 寄生虫清除纳米机器人可以对病人体内的细菌和小型寄生生物发动微型战争。可能需要几个纳米机器人合作才能消灭所有的寄生虫。
• 痛风：痛风条件是什么肾脏失去了清除废物的分解能力脂肪从血液中。这些废物有时会在膝关节和脚踝等关节附近结晶。痛风患者会在这些关节处经历剧烈的疼痛。纳米机器人可以打破关节处的晶体结构，缓解症状，但不能永久逆转这种状况。
• 分解肾结石:肾结石会带来强烈的疼痛——结石越大，排出就越困难。医生使用超声波频率分解大的肾结石，但它并不总是有效的。一个纳米机器人可以用一个小的激光．

  纳米机器人可以携带小型超声波信号发生器，将频率直接传送到肾结石上。

• 清洁伤口:纳米机器人可以帮助清除伤口碎片，降低感染的可能性。它们在穿刺伤口的情况下尤其有用，在这种情况下，使用更传统的方法可能很难治疗。

在下一节中，我们将看到纳米机器人如何在循环系统中导航。18新利最新登入

在观察在人体中移动的纳米机器人时，科学家需要关注三个主要因素导航，权力以及纳米18新利最新登入机器人如何移动血血管。纳米技术专家正在为这些考虑寻找不同的选择，每种考虑都有积极和消极的方面。大多数选择可以分为两类之一:外部系统和机载系统。

外部导航系统可能会使用各种不同的方法来引导纳米机器人到正确的位置。其中一种方法是使用超声波信号来检测纳米机器人的位置并将其引导到正确的目的地。医生会向病人体内发射超声波信号。信号要么穿过身体，要么反射回信号的源头，或者两者兼而有之。这种纳米机器人可以发出超声波信号脉冲，医生可以使用带有超声波传感器的特殊设备进行检测。医生可以跟踪纳米机器人的位置，并将其移动到患者身体的正确部位。

照片礼貌美国国家航空航天局 一些科学家计划控制 还有动力纳米机器人 使用像这样的核磁共振设备。

使用一个磁共振成像(MRI)设备在美国，医生可以通过检测纳米机器人来定位和跟踪它磁字段。蒙特利尔综合理工学院的医生和工程师展示了他们如何利用核磁共振成像检测、跟踪、控制甚至推动纳米机器人。18新利最新登入他们在核磁共振成像仪上使用专门的软件，让一个小磁粒子通过猪的动脉来测试他们的发现。由于许多医院都有核磁共振成像仪，这可能会成为行业标准——医院将不必投资昂贵的、未经验证的技术。

医生也可以通过注射放射性染料进入病人的血液。然后他们将使用荧光镜或类似的设备来检测放射性染料在循环系统中的移动。复杂的三维图像可以显示出纳米机器人的位置。或者，纳米机器人可以释放放射性染料，在它穿过身体时在它身后创造一条通道。

检测纳米机器人的其他方法包括使用x射线无线电波、微波或热量。目前，我们在纳米级物体上使用这些方法的技术是有限的，所以未来的系统更有可能依赖其他方法。

机载系统或内部传感器也可能在导航中发挥重要作用。带有化学传感器的纳米机器人可以探测并跟踪特定化学物质的踪迹，到达正确的位置。光谱传感器将允许纳米机器人采集周围组织的样本，分析它们，并遵循正确的化学物质组合路径。

虽然很难想象，但纳米机器人可能包括一个微型机器人电视相机．操控台上的操作员可以一边观看实时视频，一边手动操控设备。相机系统相当复杂，所以纳米技术专家可能还需要几年时间才能制造出一种可以装在微型相机里的可靠系统机器人．

在下一节中，我们将研究纳米机器人动力系统。

就像导航系统一样，纳米技术专家正在考虑外部和内部电源。一些设计依靠纳米机器人利用病人自己的身体作为一种发电的方式。其他设计还包括一个小型电源机器人本身。最后，一些设计利用病人体外的力量为机器人提供动力。

纳米机器人可以直接从血液中．装有电极的纳米机器人可以形成一个电池利用血液中的电解质。另一种选择是与血液产生化学反应，燃烧血液获取能量。这种纳米机器人将储存少量化学物质，当与血液结合时，这些化学物质将成为燃料来源。

纳米机器人可以利用病人的体温来发电，但需要有一个温度梯度来管理它。发电将是一个结果塞贝克效应．当由不同金属制成的两根导体在两个不同温度下的两点连接时，就会发生塞贝克效应。金属导体变成热电偶，这意味着当连接处处于不同温度时，它们会产生电压。由于很难依赖体内的温度梯度，我们不太可能看到许多纳米机器人使用体温来获取能量。

虽然有可能制造出小到可以装进纳米机器人的电池，但它们通常不被视为可行的电源。问题是，电池提供的能量相对于其尺寸和重量而言相对较小，所以一个非常小的电池只能提供纳米机器人所需能量的一小部分。一个更有可能的候选人是电容器它的功率重量比略好。

©摄影师:Newstocker I机构:Dreamstime.com 工程师们正致力于制造更小的电容器，为纳米机器人等技术提供动力。

纳米机器人动力的另一种可能性是使用核能源。一想到由核能驱动的微型机器人，有些人就胆战心惊，但请记住，材料的数量很少，而且据一些专家称，很容易屏蔽[来源:鲁宾斯坦］．然而，公众对核能的看法使这种可能性不大。

外部电源包括将纳米机器人与外部世界系在一起或在没有物理系绳的情况下控制的系统。系绳系统需要在纳米机器人和电源之间连接一根电线。这种金属丝需要很坚固，但也需要在不造成伤害的情况下毫不费力地穿过人体。物理系绳可以通过电力或光学供电。光学系统使用光通过光纤，然后需要转换成电在机器人上。

压电效应 如果你对一些晶体施力，它们就会带电荷。相反，如果你对其中一个晶体施加电荷，它就会振动，发出超声波信号。石英可能是最常见的具有压电效应的晶体。

不使用系绳的外部系统可以依赖微波、超声波信号或其他信号磁字段。微波是最不可能的，因为将微波照射到病人体内会导致组织受损，因为病人的身体会吸收大部分微波并因此升温。一种带有压电膜的纳米机器人可以接收超声波信号并将其转化为电能。使用磁场的系统，就像医生在蒙特利尔试验的那样，既可以直接操纵纳米机器人，也可以在机器人的封闭传导回路中诱导电流。

在下一节中，我们将研究纳米机器人推进系统。

假设纳米机器人没有被系住或者被设计成被动漂浮在血液中在美国，它将需要一种推进方式来绕过身体。由于它可能不得不逆着血液流动前进，推进系统必须相对强大。另一个重要的考虑因素是患者的安全——系统必须能够在不伤害宿主的情况下移动纳米机器人。

一些科学家正从微生物世界中寻找灵感。草履虫在它们的环境中移动时，使用一种叫做纤毛．通过振动纤毛，草履虫可以向任何方向游动。类似纤毛的有鞭毛，其尾部结构较长。生物体以不同的方式鞭毛来移动。

纳米机器人设计师有时会从微观生物中寻找推进的灵感，比如这个大肠杆菌细胞上的鞭毛。

科学家在以色列创建微型机扑这是一个只有几毫米长的机器人，它用小的附属物抓住血管并在血管中爬行。科学家们通过创造来操纵机械臂磁病人体外的磁场。磁场导致机器人的手臂振动，推动它进一步通过血管。科学家们指出，由于纳米机器人的所有能量都来自外部，因此不需要内部电源。他们希望这种相对简单的设计可以让制造更小的机器人变得容易。

其他设备听起来甚至更加奇特。有人会用电容器产生磁场，将导电流体拉过导线的一端电磁泵然后从尾部射出去。这种纳米机器人会像喷气式飞机一样四处移动。小型化喷射泵甚至可以使用血浆来推动纳米机器人前进，但与电磁泵不同的是，它需要运动部件。

纳米机器人移动的另一种潜在方式是使用振动膜。通过交替收紧和放松膜上的张力，纳米机器人可以产生少量的推力。在纳米尺度上，这种推力可能足够大，可以作为一种可行的运动来源。

在下一节中，我们将研究纳米机器人可能携带的工具来完成他们的医疗任务。

照片礼貌Garrigan.net 纳米机器人工具将不得不这样做 要小到可以操纵 像这些红细胞这样的细胞。

目前的微型机器人只有几毫米长，直径约一毫米。与纳米相比，这是巨大的——一纳米只有一米的十亿分之一，而一毫米是一米的千分之一。未来的纳米机器人将会非常小，你只能在一个显微镜．纳米机器人工具将需要更小。以下是你可能会在纳米机器人的工具包中找到的一些项目:

• 药腔——纳米机器人内部的中空部分可能装有小剂量的药物或化学物质。机器人可以将药物直接释放到受伤或感染的部位。纳米机器人还可以携带用于化疗的化学物质进行治疗癌症直接在现场。尽管这种药物的用量相对较少，但直接应用于癌变组织可能比传统的化疗更有效，传统的化疗依赖于身体的循环系统将化学物质运送到患者的全身。
• 探针，刀而且凿子为了清除堵塞和斑块，纳米机器人需要一些东西来抓取和分解材料。他们可能还需要一种将血块粉碎成非常小块的设备。如果部分凝块脱离并进入血液中，它可能会导致更多的问题进一步循环系统。
• 微波发射器而且超声波信号发生器——摧毁癌细胞，医生需要能杀死细胞而不使其破裂的方法。破裂的癌细胞可能会释放化学物质，导致癌细胞进一步扩散。通过使用微调微波或超声波信号，纳米机器人可以破坏癌细胞中的化学键，在不破坏细胞壁的情况下杀死癌细胞。另外，机器人还可以发射微波或超声波信号，将癌细胞加热到足以摧毁它。
• 电极从纳米机器人上伸出的两个电极可以通过产生电流来杀死癌细胞电电流，加热细胞直到死亡。
• 激光——微小而强大的激光可以燃烧掉动脉斑块、癌细胞或血块等有害物质。激光会使组织蒸发。

科学家们对这些小工具最大的两个挑战和担忧是使它们有效和安全。例如，制造一种足够强大的小型激光来蒸发癌细胞是一个很大的挑战，但设计它使纳米机器人不会伤害周围的健康组织，这使得任务更加困难。新利国际网站品牌官网虽然许多科学团队已经开发出了小到可以进入血液的纳米机器人，但这只是让纳米机器人真正应用于医疗的第一步。

在下一节中，我们将了解纳米机器人技术的现状以及它在未来的发展方向。

世界各地的团队都在致力于创造第一个实用的医用纳米机器人。机器人从直径一毫米到长度相对较大的两厘米都已经存在，不过它们都仍处于开发的测试阶段，还没有用于人体。纳米机器人进入医疗市场可能还需要几年的时间。今天的微型机器人还只是原型，缺乏执行医疗任务的能力。

参会者/法新社/盖蒂图片社 虽然这个2厘米长的机器人 是一个令人印象深刻的成就， 未来的机器人将有数百个 比它小很多倍。

在未来，纳米机器人可能会给医学带来革命。医生可以治疗从心脏病来癌症使用细菌大小的微型机器人，比现在的机器人小得多。机器人可以单独工作，也可以团队合作来根除疾病和治疗其他疾病。一些人认为，半自主的纳米机器人即将问世——医生将植入能够在人体中巡逻的机器人，对任何突然出现的问题做出反应。与急性治疗不同，这些机器人将永远留在患者体内。

纳米机器人技术未来的另一个潜在应用是重新设计我们的身体，使我们能够抵抗疾病，增强我们的力量，甚至提高我们的智力。理查德·汤普森博士，前伦理学教授，曾写过关于纳米技术．他说，最重要的工具是交流，在纳米技术产业仍处于起步阶段之际，社区、医疗组织和政府现在谈论纳米技术是至关重要的。

有一天，我们会有成千上万的微型机器人在我们的血管里穿梭，纠正和治愈我们的割伤、擦伤和疾病吗?有了纳米技术，似乎一切皆有可能。

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