【WRC大咖论道】瑞士工程院院士，瑞士苏黎世联邦理工大学教授Bradley Nelson：《微型、纳米和医疗机器人》

2024世界机器人大会以“共育新质生产力 共享智能新未来”为主题，为期三天的主论坛和26场专题论坛上，416位国内外顶尖科学家、国际组织代表、院士和企业家聚焦前沿技术、产业动向和创新成果，深入研讨人工智能与机器人技术深度融合带来的新趋势、新机遇，共同打造了一场十分精彩的机器人领域前沿观点盛宴！

在8月22日下午的主论坛上，瑞士工程院院士，瑞士苏黎世联邦理工大学教授Bradley Nelson以《微型、纳米和医疗机器人》为主题发表演讲。

数说2024世界机器人大会

论坛

26 家国际支持机构

3 大主题 26 场专题论坛

416 名国内外顶尖科学家、国际组织代表、院士和企业家

74 位国外嘉宾及港澳台嘉宾参会

线上线下听众达 160万 人次

展览

27 款人形机器人集中亮相

首发新品 60 余款

近 170 家参展企业 600 余件参展产品

参观人数近 25万 人次

大赛

全球 10 余个国家和地区的 7000 余支赛队

 13000 余名参赛选手

每天参赛人数 4000 余人

媒体关注

近 400 家国内外媒体

短视频平台话题播放量达 2.9亿

Bradley Nelson（瑞士工程院院士，瑞士苏黎世联邦理工大学教授）

以下是演讲内容实录

很感谢主办方，今天我要谈的是微型、纳米和医疗机器人，我已经从事了超过30年的研究。

大家刚刚听到了上位演讲者所说的现在机器人的尺寸，我们一方面可以看到它有无限广阔的空间，可以关注外太空，另一方面也在讲微型化、小型化，一个领域可以操控很微小的东西。

另一方面，我们想要建立很小的智能机器人，这是我们的挑战，我会触及这两个层面。

1995年我建立了自己第一个芝加哥大学的实验室，主要是做微型纳米机器人的微操作，大家是不是听说过微型很小的微组装实验室的自动化、理解力、结构关系、机械生物学，我们在1998年开始实验，我们需要对很小的细胞进行操作，单细胞注射进行力测量，当时在市场上没有力学传感器，我们用了4年时间看怎么建立一个压力传感器，其中一个有趣的点是看同业的研究，我们发现一些大家都没有想过的问题，我们想要填补空白，想要知道什么样的力是比较好的类型是适合我们测量的，所以在2007年的时候建立了这个公司来进行专门的研发。

几年以来，我们发现确实市场上有空白，最近这个公司被大学下属的公司收购了，现在将我们的技术进行进一步的扩展，这是其中一个研究领域，另一个领域我要讲的是微型机器人，在2003年的时候开始做，加拿大的一所大学也开始想怎么建非常小的器具和机构能够在身体内移动。

我们也是希望能够获得更多的进展，能够为这些微型体内纳米机器人添加智能，并不仅仅通过电脑进行控制而且采用不同的新材料，我们现在可以在亚微米级进行一些器械的设计，而且可以编程了解它的所在位置，也可以给它添加一些逻辑，中国在这方面是做的非常好的，实际上还有很多的实验室也在这个方面进行研发。

我们想要这样的微型机器人是为了什么目的呢？我相信大家也能够理解有这样的体内机器人进行药物的精准传递其实是很有必要性的，近年制药产业是有大量的金钱用于新药的研发，大约是2500亿美元，其中90%的项目会失败，大约只有10%的药物会成功上市，这里会有很多的原因，除了药效不能达到目的之外，我们还看到了材料特性、商业临床需求，实际上30%也就是1/3的临床失败是因为毒性过高，当你服药的时候会有一些不良的副作用。

PPA这样一个阿霉素的工作其实是在出现卒中的时候帮你进行药物的溶栓，但是这个药物有不能耐受的副作用，就是关于舌头的形肿，卒中四小时之后再使用这样的药物，就不是很有效了。

此外我们知道其他治疗疾病的药物可能会导致很高的心脏毒性，这里就是微型机器人的潜力所在，可以通过一些微型输送机器人高精准的将药物输送到病灶，不是让人在整个身体系统中吸收药物，而是递送药物到病灶，可能会有血栓、脑肿瘤，这个疾病可能是非常局限性的，有的时候一些药物可能不能通过大脑的血氧屏障，我们可以通过微型机器人来更精准的递送药物达到目标。

说到微型机器人的时候，第一个想法就是怎样让它移动起来，很快的考虑到使用了电磁场达到这样的目标，微型机器人其实有很多意义的，大家来参加机器人大会，我们都在看机器人，听到了很多机器人这个，机器人那个，说到了很多材料、制造，包括材料工程师、化学物理的一些研究者都在这方面进行研究。

我们最近研究的一个叫做电磁导航系统，这样的系统可以在人体实施一个电磁场帮助这些微型的设备很精准的抵达病灶所在地，我在这里给大家解释一下，我们看到这样一个电磁导航系统，在右边有三个电磁线圈，每个会产生不同的磁场，三个电磁场交织在一起会带来一个特定的磁场，会有不同的梯度，我们可以决定体内不同位置的磁场的强度，微型机器人会根据电磁力的驱动在体内进行移动，我们通过对于磁圈、电磁线圈不同水平的电流来控制微型机器人的移动，这个也是我们一年级学机器人的学生最想要学到的内容。我们也会使用电磁场引导机器人在体内的移动，也可以把一些很小的导线或者是导丝在体内进行移动，也可以很精准的引导这些导线和导丝的尖端到你想要的位置。

现在这些体内的器械是需要有各种各样的方式来辅助，比方通过一些影像的方式，但是可以通过电磁来做更精准的导航，之前说到了卒中也就是中风，其实卒中是世界上第二大死亡原因，第一大是心脑血管疾病，大家也听到了它也是导致严重长期残疾的主要原因之一，因为80%的卒中是缺铁性的，也就是大脑血管有血栓导致血流阻滞，这种可能会导致患者出现瘫痪，失去工作能力。

中国实际上死于卒中的可能性是比西方国家高出三倍，这方面很多原因饮食或者是对于医疗资源的可获取性不同，如果出现了卒中一定要及时尽快的接受治疗，这一点非常重要的。

当前最主要的应用就是叫做机械取栓数，医生会在体内通过微创的方式输入导丝，一般是通过骨动脉上升到心脏，然后再进入大脑，通过很精准的操作可以让导丝的尖端扭动或者是移动，其实在机器人的角度来说是一个运动的传导，医生的手进行精准的操作，但是一米之外才是导丝进行移动。

大家也知道这么远的距离进行精准的控制是很困难的，我们的想法就是我们在出现卒中的时候时间就是健康，或者像神经外科学家说的一样时间相当于患者大脑的健康，其实在卒中发作之后能够在150分钟之内接受手术，有90%的可能恢复功能独立。包括脸部运动，言语等等，这些都是卒中之后常见的问题，如果在150分钟也就是两个半小时之内接受了移栓术的话，就可以让你有更好的康复机遇。

我们可以考虑使用电磁场精准的引领导丝进入病灶的话，可以更好的康复机会，这个实际上是用一支实验猪，它在大脑中人为制造了病灶，然后用电磁场很精准的将导丝引导到这边，会使用这样一个类似于玩游戏的手柄来进行操作，可以让它深入到这只猪的脑部，其实就跟你打游戏一样非常简单，但是可以更快速便捷的完成这个术式。

此外，这名医生甚至不需要站在猪旁边，它是用这个操作器站在屏幕旁边进行操作的，这是我们在出现卒中的时候这里有血栓，这是一个120度的血管转弯，当前的技术我们的神外医生说差不多一个小时才能通过这个弯，但是我们的技术可以更快的达到病灶。

另外一个技术除了这样一些机器人，我们也是可以让机器人达到卒中的病灶来完成血栓的移除，大家如果最开始出现了卒中的症状，你必须尽快的到院入院，对诊断可能要接受一次CT扫描，如果你很幸运的话可以很快的给你完成取栓术，或者如果你住在比较偏远的地方需要救护车甚至是直升机运送到最近的有取栓处能力的医疗中心，在美国这是很昂贵的，但是卒中之后每时每刻你的大脑细胞都在死亡，拖的越久你的健康水平就越担忧。

在美国实际上有大量的人口是居住在距离有取栓水平的医院的一个小时驾驶里程之外的，不知道中国怎样，但是这实际上是当前一个未满足的临床需求，我们可以使用机器人技术远程来取栓，不需要转运患者，而是及时的提供治疗，这也至少拯救一个小时的抢救时间，可以挽救患者大量的大脑功能，我们可以看到在亚利桑那州的凤凰城这边做了这样一个工作，在一个人体大小的假人之内完成了一个机器人的取栓术，通过电磁场的引导，这是一个创新型的技术，我们认为有着极大的潜力。

相信这样一些器械是很安全的，我们可以给它做成很柔性很软，所以移动的时候也不会伤害到血管壁，此外他也是可以附加人工智能，以此来提升性能，在这里是有大量的一些应用，除了神外之外也可以用于治疗心脏病、胃肠道、消化道的疾病包括肿瘤和骨科都是可以的。这样一些手术机器人、医学机器人都是很成功的技术。

大家如果去隔壁的展厅可以看到很多的展商会带来手术机器人的新产品，可以看到越来越多的智慧手术的技能，现在的术者其实可以远程为患者进行治疗。刚刚说的是缺血性卒中，但是对于心脏病发作时间也是非常重要的，此外我们也是可以来做一些远程的比方说外伤之后的外科诊断或者是对子宫之内的胎儿进行子宫内的手术操作，这些都是我们长期的愿景。

我也知道现在至少有4家初创公司正在这方面工作，其中有一些技术还是很有吸引力的，我们正在竞争，看看谁能够尽快的让技术成熟并商业化，我们非常相信它的潜力，也期待把我们的技术用于治疗卒中后的患者或者是将缺血性卒中治疗需要用机械取栓术，用电磁场来引导导丝尽快的抵达血栓的位置，现在正在进行动物研究，可能其中一些器械很快会在人体身上进行临床研究。

我就说到这里，感谢各位的聆听，也期待有机会在会后跟大家进行交流，谢谢各位！

（本文根据录音整理）