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你了解微型機器人減肥的原理嗎?小編帶大家來看看。

作者:admin 發布日期:2022/4/7 關注次數: 二維碼分享

“減肥醫學突破”一直是一個熱門議題,減肥所牽涉的,是復雜的醫學領域問題,幾乎囊括人類生命的全部機制;現今市面上的減肥手段,除了手術或藥物抑制,大部分都得靠自己的意志力為核心去設計減肥方案。針對如此龐大的減肥商業市場,智慧科技領域,說什么也不能缺席;科學家們檢視現今的技術,整合醫學、材料科學、奈米科學、機械科學等跨界技術。著手嘗試從另外一個角度解決減肥問題。現在,他們打算從體內解決----機器人減肥加盟

請你試想,當你飽腹后,有位小精靈會過濾你體內的食物,吸收多余的熱量,將健康的養份留著,使你愛怎么吃,就怎么吃,這有多幸福?這是美國麻省理工(MIT)全球頂尖的機器人研究團隊,最新發表的一款微型機器人,它的大小接近人類的細胞,更絕的是它可以自行充電,近乎無限期的續航能力,以永動機的狀態,在人體內實現夢幻似的減肥方案。正因這款機器人的面世,在不久的將來,不只是關系減肥,也能透過機械與智慧裝置,協助人體維持健康。

 以機器人輔助的智慧減肥領域,并不是全新的想法,關鍵是“從體內根本性地解決問題”。所謂的根本,是指將這微型機器人植入于人體的消化系統中,當人類開始攝取食物,還沒進行消化前,機器人先行過濾,吃掉身體不需要的脂肪熱量,阻斷了人體自然的生理機制。

對于苦于減肥的人,甚至因肥胖造成心理與生理疾病的人,這的確是美好的愿景;更令人振奮的是,時至今日,這樣的技術不再是神話,是扎實的研究成果。事實上,早在九十年代,已經有許多相關研究,不過遇到相當多的難題,這些困難點,多年來靠著無數的科學家不斷研究、試驗,克服并突破所有關卡。如今總算有了成果,只是,究竟何年何月我們才能享受如此無痛且令人感覺愉悅的減肥方式?這就不得不思考以下幾個問題。

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1體積問題

人體對于外來的異物會有天然的排斥反應,一般而論,體積越大越容易引起人體的排斥反應,輕則把機器人毀滅排出體內,重則可能造成身體產生過敏反應致死,因此機器人體積的大小是關鍵,而決定大小的因果在于“機器人內部的晶片”,承載的功能數量愈多,晶片體積就愈大,這些是物理學的基本限制,絲毫沒有取巧的可能性。

這幾年,晶元的大小達到了5奈米以下,這代表可以用5奈米大小的線條繪制邏輯晶片,也才成功實現“微米等級”的晶片,而人體細胞大小約10微米,MIT于今年發表的微型機器人,就是這個大小——10微米的機器人,絕對是機械工藝的最高杰作。

2電源問題

任何機械都需要能源驅動,因此當機械植入體內時,人體內并無USB孔可以供電。沒有電能,再厲害的機械都起不了作用,正所謂“再武勇的猛將,也扛不住三天的腹瀉,再厲害的AI,也扛不住兩天沒電”,無論是協助體內消化或者操控用的訊號傳輸,都需要一定程度的電量,同時必須考慮不能帶有對人體有害的有毒物質,傳統的電池顯然完全不符合這使用場景,得思考更合理的解決方案。

但是,要收集人體內的電荷量,就得考慮過熱與離子平衡等問題,短時間聚集大量電子,肯定會影響人體器官的機制。因此最新的技術,是透過類似太陽能光能轉化的機制概念,由二硫化鉬MoS2和二硒化鎢WSe2的異質同位素組成,將光能轉換為微量電能。這些電量需保持在能推動機器人所攜帶的環境感測器狀態下正常地運行,同時還得確保存儲機載資訊,如此便能有效的解決機器人最基本的微量電量需求。只是這條路遠遠尚未到達終點,因為除了最基本的訊號發送需求,減肥機器人要處理的問題復雜且困難得多。

目前正在尋求的解決方案也相當直觀,甚至可說趣味性十足——機器人吃進去多余的熱量,就成為自己的能源吧!當機器人待機時,以光能轉化,確保最基本的運轉需求;當人體進行消化時,機器人吃掉多余的熱量用來消化掉脂肪,補足自己能量的缺失,達到永久的良性回圈。這般能量轉化的思路,最主要是透過人類經過咀嚼與初步消化的食物,所產生相對單純的醣類,也就是人類熱量與脂肪的主要來源,而機器人在腸胃內只需鎖定這種醣類吸收并大量消耗,便能達到減少脂肪產生的目的。

3訊號與定位問題

微型機器在人體內活動,原理看似簡單,但是以微型機器人的角度來看,進入人體就像是一個人走入完全漆黑的空間,這空間何止九彎十八拐,錯綜復雜,而且周圍的環境每秒都在變化,如何精準的讓機器人判斷自己所處的位置,就是科學家第三個需要克服的難關。

這部分應用了奈米材料特有的“奈米磁顆粒現象”;人們在茫茫大海中航行,要經由羅盤或GPS導航,才不會迷路;自然界中的候鳥、鯨豚、海龜、鮭魚、龍蝦等,為何可以年年去而復返不迷路?蜜蜂、鴿子又是如何找路回家呢?這其中的奧妙,就是來自于“奈米磁顆粒現象”。

科學家發現這些生物會利用地球現有的磁場作為辨識方向的參考座標。佛羅里達外海的龍蝦有集體遷徙現象,因此科學家設計了一個實驗,將龍蝦圈養在養殖池內,發現龍蝦有往一邊集中的現象,但是當科學家改變圈養池外磁場的極性時,龍蝦就會往相反的方向移動。科學家也發現工蜂腹部的滋養細胞(Trophocyte)中有數顆微小的磁鐵顆粒,每顆磁鐵內,含有八千多個密集的“超順磁粒子”;借此磁感粒子,感應地球的磁場,就能辨別方向的存在。

依此原理,能讓微米機器人透過磁場的定位,準確地停留在人類的腸胃道,同時再借特殊磁場的設計,科學家就能準確地掃描,取得機器人的所在位置。而磁力還有另外一種應用,中學時我們都學過電磁互相轉化的“電磁效應”,透過電磁的轉換,微米機器人能進行一定量的交互運動,將訊號自體內與外部的智慧裝置連線。當連線問題被克服,機器人能處理的問題不光是減少醣分的吸收,更有可能變成我們體內白血球免疫系統的輔助裝置,用以治療各種心血管堵塞的疾病,例如中風。

4回收問題

一般而言,越微小的機械越精密,成本相對也就越高,任何機械都需要維修檢測,因此我們可以想見,對于成本管控,機器人該如何回收,是一個相當重要的課題。只是,一群肉眼看似粉狀的機器人,該怎么回收?回收必須要讓體內所有機器人集合,總結成一個大型的膠囊形狀,一來好監控,二來好尋找,但這時要考慮的問題是如何指揮各個微機器人,因此,每個微機械得辨識自身和其他機器人的相對位置,而機器人同時也要擔負指揮的工作,這樣才能于正在消化、已一團混亂的腸胃道中,執行合體的行動命令;你可以想像著,暴風雨之中,有效聚集數十萬顆彈珠有多困難。不過,科學家透過AI與大資料應用,已經使每個機器人能夠記住彼此的位置并主動靠近。

5材料問題

胃部的功能是儲存食物、產生胃酸攪拌研磨、分解與吸收部分酒精或藥物。胃酸,是人類目前已知最嚴酷的環境之一,對于機械來說,在強酸的環境運作更是艱難。微型機器人一般是透過各種方法盡可能快速離開胃部進入腸道。但是減肥用的智慧型機器人必須趕在食物進入腸道前,完成處理淀粉的工作,一但食物進入腸道,會來不及把熱量抽除而被人體吸收,所以機器人大軍必須停留在胃之中。如何找到可以長期承受胃酸侵蝕的材料,還沒有一個完美的解答;新材料的研發與改造,將會成為這項研究相當關鍵的節點,依照目前對于涂料與奈米材料的技術應用,科學家以相當樂觀的態度面對,相信不久的未來就有進展,終至突破。

微型機器人目前的瓶頸:機器人的體積不足以攜帶轉化能量的組件,轉化能量的效率比不上人體消化速度,而轉化后產生的熱能如何排除等,都得繼續突破,但是比起體積與電量的問題,相對容易多了。

機器人減肥加盟微型機器人研究領域的權威團隊,由麻省理工學院機械工程系副教授趙選賀(Xuanhe Zhao)所帶領。趙教授2003年畢業于天津大學,2009年博士畢業于哈佛大學機械工程系。2010年他加入杜克大學機械工程與材料科學系擔任助理教授,2014年加入麻省理工學院機械工程系擔任副教授,是屬于全球頂尖的天才級別人物,是中國人的驕傲。

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