“精准”、“靶向”是当下医疗产品创新的共同趋势。目前，许多医用微或纳米机器人已经可以通过靶向导航的技术，在人体内实现诊断、靶向治疗和干预等功能，特别是在提高药物传递的选择性方面有巨大前景。但磁场力很难在人体内有足够的力量来维持以实现这种操作，这也成为了桎梏微或纳米机器人发展的瓶颈。
针对这一问题，加拿大蒙特利尔大学Ning Li、Gilles Soulez和加拿大麦吉尔大学Sylvain Martel、上海大学张泉提出了一种算法，可利用临床磁共振成像（MRI）中的磁场梯度进行磁共振导航，能够有效提高磁性微型机器人（MMRs）的靶向效率。相关研究成果以“Human-scale navigation of magnetic microrobots in hepatic arteries”为题于发表在《Science Robotics》上。
微型机器人在体内的导航示意图（图源：Science Robotics）
目前，团队已经在12头猪身上进行了一项可行性研究，结果表明当与重力结合时，MMRs的MRN（磁共振导航）是可能的，证明了在临床MRI中导航MMR靶向特定肝叶的可行性。该技术可以提高基于外部驱动器的各种目标导航技术的效率，包括但不限于磁性导航。
一、按应用场景进行设计
磁性微型机器人在精确给药、非侵入性诊断和细胞治疗领域有良好的应用前景。由于磁性微型机器人的效果常受外部环境影响，科研人员为应对不同需求，也设计了不同运作机制的微型机器人，如仿生机器人、表面行走机器人、支架机器人、生物混合机器人等。
1仿生磁性微型机器人
仿生磁性微型机器人是目前产出最多的研究领域。有科研人员通过仿照微生物运作机制设计了磁性微型机器人，解决其在低雷诺系数流体中难以移动的问题。有科研人员仿造大肠杆菌原核鞭毛运动的方式，让微型机器人螺旋式推进；另外也有仿造草履虫，在机器人表面覆盖纤毛，使其呈现类似于行波运动的周期性跳动动作进行移动。
仿动物运作机制也是仿生机器人中的一大类。在2019年，哈工大团队设计了一款呈花生状的磁性机器人。这款磁性机器人能够模仿自然界的蚁群（涡旋模态）和鲱鱼捕食阵列（横带模态），分别完成大负载可控输送与大面积同步集群清理操作。这款磁性微机器人能够在任何方向进行转向，表现出了非常出色的机动性与稳定性。
多模转换 （图源：科学·机器人学）
2表面行走机器人
表面行走机器人主要是通过心脏和血管组成的循环系统，移动到目标病变部位。微型机器人通过非往复运动或滚动运动来沿着血管壁行走。许多研究人员提出了许多用于纳米棒、顺磁性颗粒和Janus颗粒形式的表面行走磁性微型机器人的设计。
3支架式微型机器人
支架式微型机器人表面有模仿细胞外多孔基质的支架，能够将细胞被捕获或培养在支架体内，进而改善普通磁性微型机器人负载能力差和细胞存活率低的问题。
2020年，DGIST DGIST-ETH微型机器人研究中心和DGIST机器人工程系的Seong-Woon Yu、和Hongsoo Choi曾设计了一款具有生物相容性的多孔3D微型机器人，这款机器人能够有效促进移植干细胞的精确靶向运输和移植。
4生物混合机器人
而生物混合机器人主要解决生物安全性和免疫原性等问题。目前常用的生物载体有微生物和人体自身细胞两类。
基于微生物细胞的磁性微型机器人，目前科研界主要运用的微生物有螺旋藻、小球藻、大肠杆菌以及趋磁细菌。在2022年，中科院合肥物质科学研究院强磁场科学中心王俊峰团队在研究自然界趋磁细菌生物矿化机制的基础上，仿生合成具有高效磁靶向及肿瘤组织穿透性的软铁磁类磁小体纳米材料，并制作成了磁性微型机器人。这项工作不仅为纳米药物磁靶向递送提供一个高效的载体，也为体外研究趋磁细菌生物矿化机制提供了新的模式系统。
趋磁细菌磁导航及其链状排布的磁小体“生物罗盘”（图源：中科院合肥物质科学研究院）
基于人体自身细胞为基础的磁性微型机器人一般采用精子细胞、巨噬细胞、中性粒细胞等为基础，主要应用于癌症靶向治疗、辅助受精、免疫治疗。相较其他磁性微型机器人，这一类产品在体内应用的生物安全性更高，且免疫原性低。
二、已有微型机器人进入临床
虽然磁性微型机器人备受关注，但由于研究仍有许多需要难点尚未突破，距离进入临床仍有一段距离。但这并不遥远，目前已经有许多微型机器人已经活跃在临床。
胶囊内镜机器人是目前应用最为成熟的微型机器人，自2000年以色列的Given Image将第一个胶囊内镜获得FDA批准进入临床后，日本奥林巴斯等公司相继推出胶囊内镜系统。目前，我国的胶囊内镜机器人技术走在世界前列。
在2021年，重庆金山科技（集团）有限公司上市了全球首台全自动胶囊机器人RC100。据企业透露，这款胶囊内窥镜系统无需人员操作，在患者吞服NC100后，机械臂回自动运转配合胶囊进行胃部检查。不仅成像高清， 还能AI处理冗余图片，提高阅片效率。
CN100操作现场（图源：金山科技）
此外，还有应用于手术环境的微型手术机器人。虽然这一领域国内暂未有获批，但海外已有先例。
以色列Microbot的ViRob机器人系统就是一种可自主运动的微型机器。它可以可通过遥控控制其在人体血管、消化道系统等狭小腔道中进行移动、旋转等操作，并能长期停留于人体内部。据悉，ViRob能够广泛使用于神经外科、放射治疗、靶向给药等介入式微创治疗，根据不同临床需求携带摄像头、药物等不同附件运动到指定位置，实现更为精确的诊断及辅助治疗功能。
另外，还有许多微型机器人正在临床前阶段。2021年专注于开发微型机器人的Microbot医疗宣布，全球首款可用于神经血管，心血管和外周血管手术的完全一次性机器人系统LIBERTY，已经进入临床前阶段。此外，该公司还设计了执行微创医疗的自主爬行微型机器人，以及自主推进内窥镜等微型机器人，均在进行动物实验。
Microbot的自主爬行微型机器人（图源：Microbot）
总的来看，微型机器人已经已经开始从最初幻想走向实际临床应用。虽然真正成熟的应用产品还凤毛麟角，但这类机器人的潜力已经逐渐彰显。不可否认的是，发展微型机器人仍有许多问题以待解决，需要材料科学、工程技术、医学等多领域专家通力合作，未来微型机器人才能更早进入临床，解决医疗痛点。
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