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控制機(jī)器人在人體內(nèi)的運(yùn)動(dòng)有兩種辦法：試著打造一種復(fù)雜的自帶推進(jìn)和導(dǎo)航的微型機(jī)器人潛水艇（不過這類機(jī)器人很難做），或是打造響應(yīng)磁場(chǎng)的小不點(diǎn)兒機(jī)器人（利用大磁鐵從外部控制機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)）。后一種方法要簡(jiǎn)單得多，不過有一個(gè)主要的不足：難以控制多個(gè)微型機(jī)器人。
問題在于：磁場(chǎng)因?yàn)槭菆?chǎng)，因此不易局限在某個(gè)特定區(qū)域。實(shí)際上，如果你在使用諸如一臺(tái)臨床 MRI 掃描儀來創(chuàng)造磁場(chǎng)，那么，無(wú)論磁場(chǎng)梯度如何，都會(huì)影響到 MRI 內(nèi)部的所有東西，無(wú)論是單個(gè)微型機(jī)器人還是一群機(jī)器人。如果你想讓兩個(gè)不同的機(jī)器人做不同的事情，對(duì)不起，那就不走運(yùn)了。
一個(gè)有希望的潛在解決方式就是讓每個(gè)機(jī)器人彼此輕微差異化，這樣，持續(xù)的控制輸入就能對(duì)每個(gè)機(jī)器人產(chǎn)生并不一致的影響。不過，對(duì)于同質(zhì)機(jī)器人（homogenous robots）來說，就要難得多。昨天，發(fā)表在 Science Robotics 上的一篇論文（來自德國(guó)漢堡的飛利浦研究院，Philips Research in Germany）介紹了一種技術(shù)，可以利用磁場(chǎng)選擇性地驅(qū)動(dòng)單個(gè)機(jī)器人，或者這個(gè)機(jī)器人的某個(gè)組件，即使這些機(jī)器人都是同一材質(zhì)制作的，并位于同一磁場(chǎng)中。
這是這一技術(shù)的運(yùn)作原理：設(shè)備中的整體磁場(chǎng)中有一個(gè)洞，也叫自由場(chǎng)點(diǎn)（a free field point，F(xiàn)FP），也是多個(gè)磁場(chǎng)（每個(gè)磁場(chǎng)都是有獨(dú)立線圈生成的）相遇的地方。在 FFP 里面，磁場(chǎng)梯度很低，沒辦法協(xié)助你移動(dòng)物體，不過，卻能幫助你不移動(dòng)物體，因?yàn)槟憧梢栽谶m當(dāng)?shù)牡胤剑ㄟ^調(diào)大磁場(chǎng)梯度，「鎖住」不在 FFP 中的任何東西。然后，采用一個(gè)溫和的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，它可以旋轉(zhuǎn) FFP 中任何東西而不會(huì)下鎖。通過來回移動(dòng) FFP，你就可以選擇要鎖住的東西以及要自由轉(zhuǎn)動(dòng)的東西。
在這一案例中，「鎖」是一個(gè)利用磁場(chǎng)而一邊傾斜的螺旋體（screws），這樣它們就不能旋轉(zhuǎn)，而 FFP 是零度傾斜區(qū)域，亦即螺旋體可以自由旋轉(zhuǎn)。這一研究采用的硬件可以單個(gè)驅(qū)動(dòng)螺旋體，而且這些螺旋體的間距可以低至 3 毫米左右。
由磁場(chǎng)生成器（左）的圖解可見有三套直角線圈，在 z 方向（灰色）有一個(gè)鐵質(zhì)內(nèi)核。磁場(chǎng)生成器（中）有一個(gè)直徑 12 厘米的鉆孔。xy 平面（右）上理想磁場(chǎng)中心有一個(gè) 0 點(diǎn)，也就是自由場(chǎng)點(diǎn)（FFP），白色的箭頭代表局部磁場(chǎng)向量。
研究人員建議了一大堆不同的辦法來讓這一技術(shù)發(fā)揮實(shí)際作用：
有一類應(yīng)用是以幾個(gè)分別加以控制的螺旋體驅(qū)動(dòng)機(jī)制為基礎(chǔ)的。在整形外科中，可用于移植，被移植部分的形狀能夠根據(jù)恢復(fù)過程發(fā)生變化。在諸如下肢增長(zhǎng)或早發(fā)性脊柱側(cè)凸等案例應(yīng)用中，基于幾個(gè)可控旋轉(zhuǎn)體機(jī)制或?yàn)榭裳由旒僦蛟鲩L(zhǎng)棒提供更高靈活性。另外，這一辦法能夠用于微流體中，其中，可以想象一種簡(jiǎn)單微型磁泵以及閥門，無(wú)需電力或機(jī)械連接，即可單獨(dú)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。
另一類使用情況與用于局部治療實(shí)現(xiàn)的簡(jiǎn)單微型機(jī)器有關(guān)，比如遙控一個(gè)可注射磁性微型藥丸釋放藥物。遙控可切換放射性種子是一類特殊案例?？汕袚Q開關(guān)的機(jī)器人種子（Switchable seeds）能讓資源的使用有更長(zhǎng)的半衰期或更高的劑量率，因?yàn)檫_(dá)到所需的劑量后，放射性就可以被關(guān)閉。除此之外，最終距離健康組織或敏感器官太近的移動(dòng)種子可以被關(guān)閉。
使用帶槽的螺旋盾，定向種子的遠(yuǎn)程調(diào)節(jié)方式可以被建立。這可能會(huì)讓醫(yī)療領(lǐng)域中的精確用藥和組織維護(hù)技術(shù)有進(jìn)一步的提升。另外，我們證明了磁操縱可以達(dá)到微米級(jí)別的精確性。通過導(dǎo)管，我們可以把種子帶入腫瘤和血栓的位置，完成任務(wù)后從血管中排出。在成像定位后，只有到達(dá)腫瘤位置的種子會(huì)被遠(yuǎn)程激活。
論文題目：相同的螺旋微機(jī)器的空間選擇性的遠(yuǎn)程磁致動(dòng)（Spatially Selective Remote Magnetic Actuation of Identical Helical Micromachines）
作者：J. Rahmer、B. Gleich 和 C. Stehning