1966 年，好意思国上映了一部名为《神奇旅程》的科幻电影，影片中被收缩成微米级别的五名大夫被打针到患者体内进行血管手术。时于本日，电影中的虚拟桥段正在走进践诺宇宙，只不外在体内休养疾病的是"袖珍机器东说念主"。

"袖珍机器东说念主"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、天真性高，袖珍机器东说念主被合计是改日无创或微创手术的主要科罚决策。尤其是磁控袖珍机器东说念主，因为磁场不错无害地穿透东说念主体组织，且能精确章程。

当今主要包括两类磁控袖珍机器东说念主。第一类具有粘液或液体基的肉体，这类机器东说念主的肉体太软，无法输出充足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，通常需要极强的磁场，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肉体，固然不会有残留且不错远距离章程（小于 30 厘米），但因为受限于单一的磁化相貌，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结束 5 个解放度的通顺，很难在东说念主体复杂的环境中解放穿行。

近日，新加坡南洋理工大学   ( NTU ) 的谈论东说念主员诞生了一个 4.4mm、领有 6 个解放度的软体袖珍机器东说念主，不仅能在复杂环境中天真移动，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、捏取和存储生物样本以及费力加热。切换这些功能只需不到一秒的技巧。有关著作发表在 Advanced Materials 期刊。

指引这项谈论的是南洋理工大学机械与航空航天工程学院的副教师 Lum Guo Zhan（林国展）。曩昔十多年里，他一直深耕于袖珍机器东说念主界限。

2021 年，他的团队在 Advanced Materials 发文，告捷科罚了长久困扰袖珍磁控软机器东说念主的通顺学瓶颈。团队通过优化机器东说念主里面的磁化分袂，初度结束了完好的 6 个解放度，这意味着该机器东说念主大约在横滚、俯仰和偏航三个维度上解放旋转。

（开端：NTU）

为了破解现存磁控袖珍机器东说念主的局限性，谈论团队假想了智能磁性复合材料。也等于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；有些部位磁性不会浮松被改变，相比安闲。（注：矫顽力是磁性材料的特质之一，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施行部件、重编程模块以及用于通顺的触手，都掺入了这种微粒。

二是四氧化三铁（Fe ₃ O ₄）纳米颗粒，被有意用于机器东说念主最顶部的费力加热组件中 ，崇敬发烧作念热疗。

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，则王人备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，机器东说念主不错被遍地随时且安全地再行编程，切换使命样式。

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员物，用它来制作机器东说念主主体里面的磁化组件以考取六解放度增强模块。较高的刚度确保了这些施行部件在发力切割或捏取时，具有充足的复古力和骨架强度，不会软塌塌地变形；后者是一种极其优柔且富饶弹性的材料，被有意用来制作机器东说念主崇敬通顺的优柔触手。

在假想上，谈论团队给与了对称性假想，这种假想确保了机器东说念主在施行某一项特定功能时，惟有对应的部件会被激活，而其他部件会保持不动，互不侵略。

谈论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，以及顶部的费力加热组件。 由于尺寸轻飘，谈论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，崇敬施行给药、切割、捏取、存储；两根软触手崇敬步辇儿、爬行、翻腾；可重编程磁模块是最不毛的部位，崇敬各功能之间的快速切换；费力加热模块具有局部热疗功能。

图 | 软体袖珍机器东说念主（开端：上述论文）

当施加特定的交变磁场让"可重编程模块"王人备消磁时，机器东说念主便参预了通顺样式。

在这个样式下，开云世界杯官网机器东说念主领有完好的 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。

团队为其诞生了两种主要步态：转动，在空空地带，它不错快速转动，以致不错选拔横向或纵向转动来挤过短促的间隙。双锚点爬行，靠近斜坡或步地复杂的防碍物，它不错像毛毛虫相通，愚弄触手瓜代看成锚点进行极其安闲的爬行越障。

一朝机器东说念主通过通顺样式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，就不错改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，机器东说念主参预给药样式。在特定磁场的脱手下，机器东说念主主体内的两根软梁会发生形变，像开门相通大开内置的药物舱，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后果卓越很多倍。

当角度被设定为 330 ° 时，机器东说念主参预切割样式。荫藏在机器东说念主体内的袖珍刀片会被渐渐推出。谈论团队在果真的鸡肝组织和生物明胶上进行了测试。收尾发现，机器东说念主不仅能稳稳地将狂暴的切刀刺入组织，还能通过旋转本人来拉伸组织并完成深度切割。极其东说念主性化的是，这把袖珍手术刀平时是安全荫藏在机器东说念主体内的，王人备无谓缅思在移动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通顺样式重编程到其他功能样式（开端：上述论文）

将磁矩设定为 210 ° 标的，机器东说念主参预捏取样式。机器东说念主不错伸出捏手，不仅能匡助编削待切除组织的角度，还能将切下的组织（用于活检）牢牢捏起。

存储与捏取样式配合，机器东说念主不错将捏取到的生物样本拉入我方的主体里面妥善保存。此时如果切回通顺样式，捏手会锁定，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，不错与上述任何样式同期或孤苦进行。在这个功能中，当大夫施加一个极高频率、中等强度的交变磁场时，由于磁场变化得实在太快，机器东说念主的机械部件根原本不足作念出任何物理变形反应。关联词，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好坏的电磁感应发烧。

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。更令东说念主讶异的是，发烧范围被极其严格地章程在机器东说念主周围半径 5.78 毫米的极小区域内，毫不会对周围平方的生理器官酿成热挫伤。

为了考证该机器东说念主走向临床的可能，团队进行了无数模拟果真东说念主体环境的测试。

图 | Lum Guo Zhan（左）（开端：NTU）

细胞毒性实考讲解，战争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，与对照组险些无异，具有极高的生物相容性。

其次，为了直快临床手术挨次，机器东说念主还在高压灭菌锅中收受了 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安闲地完成爬行、转动、切割和给药等动作。它以致能在较强的水流情切流中牢牢收拢筹划不松口。

谈论东说念主员还敷陈称，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安闲性。

对于改日的发展，谈论东说念主员构思了两种极其科幻的应用场景。

第一，胃肠说念休养，不错将机器东说念主冻在一个冰块里让患者吞下，冰块在胃里熔化后，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收缩到 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施行极其复杂的脑部手术，然后再沿着脊柱原路复返并取出。

当今，谈论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。他们还策划与外科大夫合营，了解此类系统怎样融入改日的临床使命经由。

参考王人集：

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.Foo, K.Radhakrishnan开云世界杯官网, and G. Z.Lum, " Miniature Soft Robot With Magnetically Reprogrammable Surgical Functions. " Advanced Materials ( 2026 ) : e23056. https://doi.org/10.1002/adma.202523056