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你了解微型机器人减肥的原理吗?小编带大家来看看。

作者:admin 发布日期:2022/4/7 关注次数: 二维码分享

“减肥医学突破”一直是一个热门议题,减肥所牵涉的,是复杂的医学领域问题,几乎囊括人类生命的全部机制;现今市面上的减肥手段,除了手术或药物抑制,大部分都得靠自己的意志力为核心去设计减肥方案。针对如此庞大的减肥商业市场,智慧科技领域,说什么也不能缺席;科学家们检视现今的技术,整合医学、材料科学、奈米科学、机械科学等跨界技术。着手尝试从另外一个角度解决减肥问题。现在,他们打算从体内解决----机器人减肥加盟

请你试想,当你饱腹后,有位小精灵会过滤你体内的食物,吸收多余的热量,将健康的养份留着,使你爱怎么吃,就怎么吃,这有多幸福?这是美国麻省理工(MIT)全球顶尖的机器人研究团队,最新发表的一款微型机器人,它的大小接近人类的细胞,更绝的是它可以自行充电,近乎无限期的续航能力,以永动机的状态,在人体内实现梦幻似的减肥方案。正因这款机器人的面世,在不久的将来,不只是关系减肥,也能透过机械与智慧装置,协助人体维持健康。

以机器人辅助的智慧减肥领域,并不是全新的想法,关键是“从体内根本性地解决问题”。所谓的根本,是指将这微型机器人植入于人体的消化系统中,当人类开始摄取食物,还没进行消化前,机器人先行过滤,吃掉身体不需要的脂肪热量,阻断了人体自然的生理机制。

对于苦于减肥的人,甚至因肥胖造成心理与生理疾病的人,这的确是美好的愿景;更令人振奋的是,时至今日,这样的技术不再是神话,是扎实的研究成果。事实上,早在九十年代,已经有许多相关研究,不过遇到相当多的难题,这些困难点,多年来靠着无数的科学家不断研究、试验,克服并突破所有关卡。如今总算有了成果,只是,究竟何年何月我们才能享受如此无痛且令人感觉愉悦的减肥方式?这就不得不思考以下几个问题。

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1体积问题

人体对于外来的异物会有天然的排斥反应,一般而论,体积越大越容易引起人体的排斥反应,轻则把机器人毁灭排出体内,重则可能造成身体产生过敏反应致死,因此机器人体积的大小是关键,而决定大小的因果在于“机器人内部的晶片”,承载的功能数量愈多,晶片体积就愈大,这些是物理学的基本限制,丝毫没有取巧的可能性。

这几年,晶元的大小达到了5奈米以下,这代表可以用5奈米大小的线条绘制逻辑晶片,也才成功实现“微米等级”的晶片,而人体细胞大小约10微米,MIT于今年发表的微型机器人,就是这个大小——10微米的机器人,绝对是机械工艺的最高杰作。

2电源问题

任何机械都需要能源驱动,因此当机械植入体内时,人体内并无USB孔可以供电。没有电能,再厉害的机械都起不了作用,正所谓“再武勇的猛将,也扛不住三天的腹泻,再厉害的AI,也扛不住两天没电”,无论是协助体内消化或者操控用的讯号传输,都需要一定程度的电量,同时必须考虑不能带有对人体有害的有毒物质,传统的电池显然完全不符合这使用场景,得思考更合理的解决方案。

但是,要收集人体内的电荷量,就得考虑过热与离子平衡等问题,短时间聚集大量电子,肯定会影响人体器官的机制。因此最新的技术,是透过类似太阳能光能转化的机制概念,由二硫化钼MoS2和二硒化钨WSe2的异质同位素组成,将光能转换为微量电能。这些电量需保持在能推动机器人所携带的环境感测器状态下正常地运行,同时还得确保存储机载资讯,如此便能有效的解决机器人最基本的微量电量需求。只是这条路远远尚未到达终点,因为除了最基本的讯号发送需求,减肥机器人要处理的问题复杂且困难得多。

目前正在寻求的解决方案也相当直观,甚至可说趣味性十足——机器人吃进去多余的热量,就成为自己的能源吧!当机器人待机时,以光能转化,确保最基本的运转需求;当人体进行消化时,机器人吃掉多余的热量用来消化掉脂肪,补足自己能量的缺失,达到永久的良性回圈。这般能量转化的思路,最主要是透过人类经过咀嚼与初步消化的食物,所产生相对单纯的醣类,也就是人类热量与脂肪的主要来源,而机器人在肠胃内只需锁定这种醣类吸收并大量消耗,便能达到减少脂肪产生的目的。

3讯号与定位问题

微型机器在人体内活动,原理看似简单,但是以微型机器人的角度来看,进入人体就像是一个人走入完全漆黑的空间,这空间何止九弯十八拐,错综复杂,而且周围的环境每秒都在变化,如何精准的让机器人判断自己所处的位置,就是科学家第三个需要克服的难关。

这部分应用了奈米材料特有的“奈米磁颗粒现象”;人们在茫茫大海中航行,要经由罗盘或GPS导航,才不会迷路;自然界中的候鸟、鲸豚、海龟、鲑鱼、龙虾等,为何可以年年去而复返不迷路?蜜蜂、鸽子又是如何找路回家呢?这其中的奥妙,就是来自于“奈米磁颗粒现象”。

科学家发现这些生物会利用地球现有的磁场作为辨识方向的参考座标。佛罗里达外海的龙虾有集体迁徙现象,因此科学家设计了一个实验,将龙虾圈养在养殖池内,发现龙虾有往一边集中的现象,但是当科学家改变圈养池外磁场的极性时,龙虾就会往相反的方向移动。科学家也发现工蜂腹部的滋养细胞(Trophocyte)中有数颗微小的磁铁颗粒,每颗磁铁内,含有八千多个密集的“超顺磁粒子”;借此磁感粒子,感应地球的磁场,就能辨别方向的存在。

依此原理,能让微米机器人透过磁场的定位,准确地停留在人类的肠胃道,同时再借特殊磁场的设计,科学家就能准确地扫描,取得机器人的所在位置。而磁力还有另外一种应用,中学时我们都学过电磁互相转化的“电磁效应”,透过电磁的转换,微米机器人能进行一定量的交互运动,将讯号自体内与外部的智慧装置连线。当连线问题被克服,机器人能处理的问题不光是减少醣分的吸收,更有可能变成我们体内白血球免疫系统的辅助装置,用以治疗各种心血管堵塞的疾病,例如中风。

4回收问题

一般而言,越微小的机械越精密,成本相对也就越高,任何机械都需要维修检测,因此我们可以想见,对于成本管控,机器人该如何回收,是一个相当重要的课题。只是,一群肉眼看似粉状的机器人,该怎么回收?回收必须要让体内所有机器人集合,总结成一个大型的胶囊形状,一来好监控,二来好寻找,但这时要考虑的问题是如何指挥各个微机器人,因此,每个微机械得辨识自身和其他机器人的相对位置,而机器人同时也要担负指挥的工作,这样才能于正在消化、已一团混乱的肠胃道中,执行合体的行动命令;你可以想像着,暴风雨之中,有效聚集数十万颗弹珠有多困难。不过,科学家透过AI与大资料应用,已经使每个机器人能够记住彼此的位置并主动靠近。

5材料问题

胃部的功能是储存食物、产生胃酸搅拌研磨、分解与吸收部分酒精或药物。胃酸,是人类目前已知最严酷的环境之一,对于机械来说,在强酸的环境运作更是艰难。微型机器人一般是透过各种方法尽可能快速离开胃部进入肠道。但是减肥用的智慧型机器人必须赶在食物进入肠道前,完成处理淀粉的工作,一但食物进入肠道,会来不及把热量抽除而被人体吸收,所以机器人大军必须停留在胃之中。如何找到可以长期承受胃酸侵蚀的材料,还没有一个完美的解答;新材料的研发与改造,将会成为这项研究相当关键的节点,依照目前对于涂料与奈米材料的技术应用,科学家以相当乐观的态度面对,相信不久的未来就有进展,终至突破。

微型机器人目前的瓶颈:机器人的体积不足以携带转化能量的组件,转化能量的效率比不上人体消化速度,而转化后产生的热能如何排除等,都得继续突破,但是比起体积与电量的问题,相对容易多了。

机器人减肥加盟微型机器人研究领域的权威团队,由麻省理工学院机械工程系副教授赵选贺(Xuanhe Zhao)所带领。赵教授2003年毕业于天津大学,2009年博士毕业于哈佛大学机械工程系。2010年他加入杜克大学机械工程与材料科学系担任助理教授,2014年加入麻省理工学院机械工程系担任副教授,是属于全球顶尖的天才级别人物,是中国人的骄傲。

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