▎药明康德内容团队编辑
(资料图片仅供参考)
喜欢科幻电影的朋友可能还记得科幻大片《终结者2》，电影里来自未来的机器人能够在液态和固态之间随意转换，轻易穿过栅栏，并且可以把身体变换成各种形状。近日，中山大学、浙江大学和卡内基梅隆大学（Carnegie Mellon University）的科学家们让这一经典科幻场景成真，他们开发的相变（phase-shifting）材料制成的机器人能够从固态变成液态，逃出“监狱”后再恢复到原来的形状（见视频）。研究人员表示，这种材料具有多种用途，在生物医药领域，它可以用于取出身体中存在的异物或者靶向递送药物。
▲利用相变材料制成的机器人的“越狱”过程（视频来源：参考资料[2]）
传统的机器人是身体硬梆梆的“硬”机器人，它们的形态缺乏可塑性，近年来出现的“软”机器人虽然可塑性更好，但是通常强度较差，而且它们的运动更难以控制。“如果赋予机器人在液态和固态之间相互转换的能力，它们可能发挥更多的功能。”研究的共同第一作者潘程枫博士说。
研究人员从海参、章鱼等海洋动物中获得了灵感，这些动物能够改变自身组织的硬度来应对生存环境的变化。他们通过将磁颗粒埋到金属镓中，设计出一种新型的相变材料。“磁颗粒具有两种功能，”论文的通讯作者之一，卡内基梅隆大学的Carmel Majidi博士说，“一方面它们让这种材料对磁场变换产生反应，加热材料引发相变；而且磁颗粒赋予了机器人运动的能力，让它们根据磁场的变化而运动。”
▲论文研究图示（图片来源：参考资料[2]）
在这项研究中，科学家们通过变换磁场，可以引导机器人从固态变为液态，穿过人为设置的障碍。潘博士表示，这种材料在现实生活中可以解决特定的医疗和工程问题。研究人员尤其感兴趣的一个方向是在医疗领域的应用。
在论文中，研究人员展示了这种材料作为药物递送手段的潜力。他们用相变材料包裹药物，呈固态的“药片”很快到达模型胃中，在胃中可以通过磁场让“药片“变为液态，释放出其中包裹的药物，然后”药片“重新变为固体被排出体外（见视频）。这种材料还可以用于在胃中包裹异物并且将它们排出体外。
▲相变材料在模型胃中可以遥控递送药物（视频来源：参考资料[2]）
“我们在这篇论文里展示了概念验证，需要更多的研究来确定如何利用它进行药物递送或移除异物。”Carmel Majidi博士说，“未来我们将继续探索这些机器人在生物医药场景中的应用潜力。”
这种相变材料只是新兴的微型机器人领域的一系列进展之一。近年来的微型机器人领域的创新让它们能够在人类血管中爬行，学习游泳并且在空中飞翔。苏黎世联邦理工学院（ETH Zurich）机器人技术教授Brad Nelson在接受媒体采访时表示，微型机器人最有意思的研究领域之一是它们的临床应用，特别是将药物递送到大脑或者治疗血栓。
这项研究中的金属机器人虽然提供了概念验证，但是它的成分中包含了对人类有毒的物质。这意味着它们必须完全从人体中排出才能在临床安全使用。“从这些仪器的临床应用角度，我们希望能够探索在体内降解，或者即使存留在体内仍然不会对患者造成危害的材料。”Nelson教授补充道。
期待在科学家的努力下，原本只存在于科幻电影中的技术不但成为现实，而且为广大病患带来真正的获益。
