灵感源于“精子“，3D打印游动式微型机器人可在人体内输送药物

导读：来自康奈尔大学科学家们已经创造了能够为人类提供体内治疗的游动式微型机器人。研究人员采用了一种受细菌和精子启发的设计模型，它们可以使用超声波在体内移动，以帮助将药物送到特定区域。这些细胞大小的 "火箭船"由高频声波驱动和引导。

△康奈尔大学的科学家们创造了细胞大小的游泳式机器人，可以通过超声波进行引导

事实证明，创建一个能够在人体中导航的遥控机器人是具有挑战性的，部分原因是它不能携带电源。现在康奈尔大学的研究人员在研究了十多年的微生物推动自身的方式之后，已经想出了一个解决方案。

这项研究的作者康奈尔大学农业和生命科学学院生物和环境工程教授吴明明在一份声明中解释说："我们一直在研究微生物，从细菌到癌细胞，迁移和与环境沟通的方式。尽管它们的尺寸很小，但这些游动式微型机器人，其运动灵感来自于细菌和精子，有朝一日可以成为一种强大的新工具，用于有针对性的药物输送。“

△扫描电镜下一个细胞大小的游动机器人，它可以通过超声波来驱动和引导。图片来源：康奈尔大学

首先，研究人员试图设计和3D打印机器人，模仿细菌使用它们的尾巴（称为鞭毛）来推动自己的方式。但他们的努力失败了。主要的障碍是找到一种为这些小机器人提供动力的方法，它们必须在开始游泳之前获得能量。

"细菌和精子基本上消耗周围液体中的有机物质，这就足以为它们提供动力。但是对于工程机器人来说，这很困难，因为如果它们携带电池，对它们来说太重了，无法移动，"吴说。

一个有希望的选择是使用高频声波，因为食品和药物管理局认为它们在临床研究中是安全的，而且很安静，使它们易于在实验室实验中使用。研究人员创造了一个三角形的微型机器人游泳器，它看起来像 "昆虫与火箭船的结合"。它最重要的特征是其背上的一对空腔，通过疏水树脂来排斥水。

一旦机器人被浸没，就会自动形成一个气泡并被困在这些空腔中。当暴露在超声波下时，这些气泡开始振荡，产生涡流，也被称为流动，从而推动机器人前进。虽然工程师们之前已经成功地制造了 "单一气泡"的游泳机器人，但这是第一次制造出有两个气泡的版本。

研究人员说，下一个挑战是使机器人具有生物相容性，以便它们能够为大小差不多的血细胞导航。它们还将由可生物降解的材料制成，允许一次派出许多机器人。就像受精需要一个精子细胞一样，对于一个机器人来说，执行其任务，体积是关键。

吴总结道："对于药物输送，你可以有一群微型机器人游泳者，如果在旅途中一个人失败了，那也不是问题。这就是大自然生存的方式，在某种程度上，它是一个更强大的系统。更小并不意味着更弱，要知道一群人是打不败的。我觉得这些受自然启发的工具通常更具有可持续性，因为自然界已经证明它是有效的。"

该项研究论文题为：“Biologically inspired micro-robotic swimmers remotely controlled byultrasound waves“，并发表在皇家化学会的《芯片实验室》杂志上。

相关论文链接：https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2021/LC/D1LC00575H