1959年，诺贝尔物理学奖得主理查德·费曼在加州理工学院发表了题为《底层研究仍有广阔天地》的演讲，首次提出了体内微型机器人的构想。
费曼设想，这种微型机器人将由微机电系统驱动，能够进入人体执行手术。他当时表示：“如果我们能吞下一个外科医生，许多复杂的手术将变得既有趣又简单。”
或许是费曼的影响力极大，十年后，尽管科研界尚未展开相关研究，美国导演理查德·弗莱舍将费曼的设想改编为经典科幻片《神奇旅程》。影片中，五名医生被缩小至原体积的几百万分之一，被注射进一位脑血管受损、生命垂危的患者体内，经历一系列冒险，最终成功找到出血点，挽救了病人的生命。
然而，能否真正实现可以进入人体的微型机器人，这一问题依然存在争议。
自从费曼提出“体内外科医生”这一概念以来，科学家们对此产生了浓厚的兴趣，并投身于微型机器人的研究中，取得了许多令人瞩目的成果。科学家们憧憬未来，机器能够进入人体，实现靶向治疗和靶向给药，从而帮助治疗肿瘤等重疾。
1. “史莱姆”机器人
最近，一个名为“史莱姆”的磁控粘液微型机器人在《新科学家》上引起了广泛关注。
与我们常见的机器人截然不同，这个机器人的外形、动作和能力更像是一种“怪物”，与我们想象中由刚硬材料制成、形似人类的“机器人”有很大区别。
根据演示，它的外观类似一团黑色的面团，既没有头部也没有四肢，身体柔软，形态各异。
尽管外表普通，这个“史莱姆”机器人却具备多种独特功能，能够改变自身形态，穿越狭缝、修复断裂的电线，甚至能够在人体消化道中以吞食方式取出误食的电子元件。
即使将其切割成几部分后，它仍具备“自愈合”的能力。
“史莱姆”机器人打破了人们对“机器人”的传统印象，其酷炫的未来感和潜在的强大功能，使得“体内微型机器人”逐渐进入公众的视野。
研发“史莱姆”机器人的香港中文大学张立教授表示，“自愈”能力是当前软体机器人领域的热门研究方向，体现了其对不同环境的高度适应性。该机器人的出色之处不仅在于它能够自愈合，还在于即使在液体中也能保持完整形状，能够在空气和固体环境中自由移动。
实际上，近年来微型机器人的研究成果层出不穷，例如由微电机驱动、大小如飞蝇或甲壳虫的飞行机器人。而“史莱姆”机器人的独特之处在于其非牛顿液体材料中加入了磁性粉末和颗粒，从而实现磁场控制，使其行动灵活，甚至能够自由变形。
“史莱姆”机器人展现的“自愈”能力依赖于材料本身的特性，以及外部磁场的引导，当“身体”被切断后，相邻高聚物通过相互作用重新结合。
需要指出的是，目前“史莱姆”机器人尚未具备自主移动的能力，其移动和变形依赖外部磁场对内部钕磁铁的控制。
张立教授提到：“‘史莱姆’机器人本身没有固定形状，它是黏液状的，受磁场作用后会对磁场反应。当你将磁铁从左移动到右，它就会跟随磁铁移动。受磁力的影响，它很容易改变形状。例如，如果有人误吞有害物品，它可以变成手的形状进行抓取。”
这是张立领导的先进纳米材料与微型机器人实验室首次制作磁性粘液机器人。此前，实验室已经研发出多种类型的微型纳米机器人，包括基于磁场远程操控的3D打印仿生昆虫机器人，但像“史莱姆”这样具有如此大变形能力的机器人还是首次。
更令人惊叹的是，该项目的第一作者、ANML实验室的博士后孙猛猛在加入实验室后，仅用半年时间便完成了研发并发表了相关论文。
张立教授表示：“这主要得益于孙猛猛在哈尔滨工业大学读博期间已经有了一些想法，来到我们课题组后，凭借在材料和磁控操作方面积累的经验，项目进展顺利。”
考虑到人体内部环境的复杂性，张立团队设想“史莱姆”机器人在消化道可能有一定的应用空间，主要基于以下几点：一是消化道腔体较大，“史莱姆”机器人在其中的移动较为顺畅；二是人体消化道内存在众多微生物，尝试体内机器人风险相对较低；三是“史莱姆”机器人的材料经过细胞毒性测试，毒性较低，理论上短期停留在体内并排出是安全的。
当然，目前将“史莱姆”机器人作为体内治疗工具的设想仍处于探索阶段。
2. 体内微型机器人的发展
尽管“史莱姆”机器人的表现令人振奋，但回顾能够进入体内的微型机器人的发展历史，其实也不过几十年。
上世纪70年代，美国情报机构曾尝试设计一些微型机器人，用于执行战俘援助和电子拦截任务，但由于当时底层技术尚未成熟，微型机器人原型并未诞生。
进入21世纪，微型机器人才正式问世。随着微机电和微驱动器等多学科领域的发展，微型机器人取得了重大技术突破，逐渐成为国际研究热点。
与研究了大半个世纪的大型机器人相比，微型机器人的发展仅有二十余年，而“可以进入体内的微型机器人”更是凤毛麟角，国内外研究仍处于起步阶段。
微型机器人有多种类型，其中，微型医疗机器人被业界视为最具前景的应用领域。日本科技政策研究院曾预测，未来医疗领域中使用微型机器人进行手术的比例将超过一半。
在国际上，日本率先开展“机器人外科医生”计划，并正在研发能在人体血管中穿行、发现并消灭癌细胞的超微型机器人。美国马里兰州的约翰·霍普金斯实验室则研发出一种装有微型硅温度计和微型电路的检测装置，可被吞入体内，将内部温度信息传送给记录器。瑞典科学家发明了一种大小如英文标点符号的机器人，未来可用于移动单个细胞或捕捉细菌，在人体内完成各种手术。
国内的研究者也早早关注到这一前沿领域，例如苏州大学的孙立宁教授和沈阳自动化研究所的刘连庆教授。在“体内机器人”方面，香港中文大学的张立教授和深圳先进院的研究员徐天添等青年学者也积极探索，从材料和控制两个方向寻找新的机遇。
总体而言，体内机器人的实现有三个关键要素：一是实现“微”体形；二是与体内环境相适配的安全材料；三是机器人在体内的“自动驾驶”技术。
以“史莱姆”机器人为例，其最大的突破在于材料。它采用了具有非牛顿流体特性的聚乙烯醇与硼砂材料，并增加了二氧化硅的外层，其粘度随着外部接触而变化，对环境具有高度适应性，能够在气态、液态和固态环境中自由移动，进行多种操控。
不过，硼砂的毒性安全性仍需进一步确认，目前一个重要的研究方向是寻找更适合构建微型医疗机器人的材料。这些材料需具备柔性、亲肤性、无毒无害、易于排出体外和便于操作等特点。
关于创新与安全的平衡，张立教授认为：“科学家与医生的看法有时并不一致。医生往往更保守，首要考虑安全性，而科学家则更注重创新性。这两者之间存在一定矛盾。”然而，在医疗场景中，无疑安全是最重要的。
除了材料，微型机器人在体内路径控制也是实现“外科医生”另一大亟待解决的难题。近年来，体内微型机器人的研究重点经历了三个阶段的变化：从开环控制到闭环控制，从单一运动模态到多种运动模态，从单个机器人到多个机器人。对微型机器人集群的操控在体内医疗场景中具有实际应用价值，也是当前机器人领域的重要研究趋势。
与单一机器人相比，集群微型机器人具有两大优势：
一是降低失败率。例如，在药物输送方面，集群机器人的药物剂量可以增加。此外，在血液等环境中，单一微型机器人容易被冲走或被巨噬细胞吞噬，此时转向集群机器人可以提升治疗成功率；
二是便于观察。尽管现代机器人技术已能达到纳米尺度，但在体内用现有医疗影像设备清晰观察到单个机器人的难度极高。
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