胶囊微型机器人的简介
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发布时间：2022-04-22 07:05
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时间：2022-06-17 04:55
微机械学应运而生
——20世纪末微型机器人的诞生科学家预言，20世纪最伟大的科学领域是微世界，比针尖还小的微型机械开创了崭新的科学领域。微型机器人，已成为人类骄子。
多大的机器人算微型机器人?在20世纪80年代，日本东京大学教授林辉的定义是：1毫米至10毫米为小型机械，10微米至1毫米为微型机械，10纳米至10微米为超微型机械，统称为微型机械。微型机器人的体积，可以做到微米级甚至亚微米级，重量轻至纳克，加工精度达微米、纳米级。
日本一家公司，已经用微型零件安装了一辆能开动的微型汽车，它的大小相当于一颗米粒，静电马达的直径只有1-2个微米。这家公司，还制造了一种能开动的微型车床，大小只有普通车床的万分之一；公司制造的人工智能尺蠖，直径只有5.5毫米。据称，不久的将来，这种人工智能尺蠖，将有可能在核电站的弯弯曲曲的管道中爬行，去寻找管道的裂缝。
德国微型技术研究所的物理学家沃尔夫冈·埃菲尔德，已研制出一架双引擎直升机，重量不到0.5克，能向空中升起130毫米。它的高性能微型马达，功率为1瓦，每分钟转速可达10万转，个头却只有削尖的铅笔尖那么大。这种尺寸只有黄蜂大小的直升机，虽然离实用还有很大距离，但是它令人信服地表明，极其微小的微型马达，最终将能用来驱动电子显示器、手表、微型计算机、激光扫描器和微型外科手术器械等。
要做成微型机器人，原先的工业技术已完全不适用。构成微型机械必须有非常小的零件，制造那样的零件，要求材料、加工方法和组装，都必须开发全新的技术。美国得克萨斯仪器公司利用制造硅片的蚀刻工艺，来制造尺寸极小的微电子机械系统——MEMS。MEMS技术是集成电路微细加工技术，它将驱动器、传动装置、传感器、控制器、电源集成于几立方毫米的多晶硅片上，因而能获得机电一体化的微型机械。一些MEMS的雏形已在美国、日本、德国获得广泛应用。例如，一种直径只有头发丝粗细的自动检测传感器，已经安装在数百万辆小汽车里，当它感到冲击来临时，就会让空气包自动张开，保护司机和乘客。
科学家发现，微型机械的可靠性和结实程度非常惊人。美国的贝尔实验室将一辆微型机械震动了20亿次，根本没有损坏它一丝一毫，因为它实在太轻，就像把纸屑往地上摔一样不会受损。
微型机器神奇的前景，引起了科学家的高度重视和浓厚兴趣，于是一门新兴学科——微机械学也就应运而生。
1991年10月，日本投资1.7亿美元研制出一种微型潜艇状胶囊，内装袖珍机器人。胶囊的直径仅8.5毫米，像艘小潜艇，若被吞进胃中，它能观察和分析胃部情况，医务人员便可通过遥控指挥，操纵胶囊内的电脑程序进行工作，遇到病灶还可以进行治疗，完成治疗任务后，便随粪便排出，对人体丝毫无损。
日本生产的另外一种微型导管，直径仅5毫米，尾部有摄影机和激光机，管内装有机器人。管子可以从皮肤插进血管，也可以插入胆囊或胰脏。机器人进入人体后，可以通过它的摄影机，把人体内的状况清晰地显示在电视屏幕上，供医生作出正确诊断；体内的机器人也可以直接用于治疗。
日本东京大学工学部的肥健纯教授等人，研究出可以进入人脑进行手术的机器人。实际上这是一支小小的针，针上装有小型激光手术刀和能吸收组织的装置。手术时，通过观看X线和CT成像的合成立体头部图像，确定手术的部位以及进针的角度和深度，针进到合适位置，就在计算机的控制下开始手术。这台设备1994年已开始临床应用。
为了确保手术安全，美国眼外科医生查尔斯与一实验室合作，于1996年研制出一个防止手术时手颤抖的机械系统，设计出代替人手动作的机器人。当医生移动操纵杆1厘米时，机械手术刀则只移动1毫米，使得手术动作细微精确，还可避免意外事故的发生。查尔斯当时预计，这种手术刀在两年内可望投放市场。
美国明尼苏达大学的波拉研制的一个装置，能在血管中行走，能在人体血液中输液，还可以连续地在血液中监视糖尿病人的葡萄糖浓度，并将胰岛素输送给患者。
在匹兹堡的卡内塞基梅隆大学，有人发明了一个微叶轮，它可应用于动脉粥样硬化患者体内。它的叶轮刀片比头发丝还细，被放置在人体血液中时，血液一流动，叶轮就旋转。
能进入人体的各种袖珍机器人，已经微小到匪夷所思的程度；它们在医学上所起的作用，是半个世纪以前的人所无法想象的。
