超限机器人是什么样的,比如说纳米机器人?

【编者按】美国密歇根州立大学电气及计算机工程系杰出教授、中国科学院沈阳自动化研究所的席宁在机器人大会上作题为《超限机器人技术:应用与挑战》的报告

但是这里面临着很大的挑战,为什么?


汽车里面的零件都是人设计的,尺寸都一样的,有误差但是很小,是一个结构性的环境,对机器人做高速重复性工作是很有利的。但是在新药开发的过程中要实验,可能在细胞上试验,每一个细胞长的不一样,位置也不一样,是非结构性的环境,怎么克服这个环境,能够把机器人用于新药的开发,是一个很重要的技术问题。
现在开发一个新药要 10-15 年的时间,要花 10-15 亿美元。像辉瑞制药这样的公司每年只能开发出 1-2 个新药,花费的钱很多。人类却不断出现新的疾病,病越来越多,研发药物的费用越来越高,出现的新药越来越少,是人类面临的很大挑战,解决这个问题重要的途径就是把新药开发的过程自动化,如果能够自动化,带来的效益是非常高的。
整个汽车行业的价值是 8650 亿美元,人们估计机器人和自动化技术产生了 6560 亿的价值,如果不用机器人、自动化,现在的产值也就 2000 多亿,自动化和机器人带来了 6000 多亿的产值。如果用同样的模式把这个转移到制药工业,比汽车产值大,达到 9800 亿,而且自动化程度非常低,潜在的价值有 6800 多亿的空间。如果能够成功的把机器人和自动化用于新药开发,产生像今天汽车工业这么大的应用,能够创造五六千亿的价值,这是潜在非常大。但问题和挑战也是很大,困难也是很多的。
我们在这方面做了一个工作,我们要开发一套自动化的系统,就像今天的生产自动化一样,不是装配零件而是开发新药,传送带送来的都是细胞,用机器人把药物放在细胞上这是一个操作过程,同时进行测量,看药物的效果,这样要高速的进行这个过程,这样才能提供效率,在短时间内对大量的药物直接在细胞上进行筛选,就可以提高新药开发的效率。要做到这样,需要操作、传感、控制,这就是机器人技术在里面起到的作用。
下面举两个具体的例子。一个是我们跟沈阳自动化所合作进行的研究。
我们知道淋巴癌是非常致命的一种癌症,死亡率非常高。但是现在人们开发了一种靶向治疗药物,这种药物在淋巴癌细胞上有一个靶点,叫 CD20,它是一个受体,如果把这个美罗华这种抗体结合到 CD20 的受体上,就可以把癌细胞杀死。这个对放疗和化疗都有好处,因为做化疗不管是正常细胞还是癌细胞都杀死,把人的免疫能力破坏了,所以副作用特别大,但是这个没有副作用,所以叫靶向治疗,它只杀癌细胞。但问题是有很多人虽然有同样的淋巴癌,但是没有效果,有些人却很有效果。
这是一个很重要的问题。在你进行治疗之前,如果你能够预测治疗的效果,对医生进行治疗的决定一个很重要的信息。

但是在治疗之前,你怎么能知道治疗效果呢?

现在我们就开发了一种技术,把病人的瘤细胞取出来,用纳米机器人把美罗华的抗体抓起来,直接放到 CD20 的受体上,然后进行测量,看看能不能把癌细胞杀死。我们发现同样的癌细胞,CD20 和美罗华的结合率是一样的。如果结合率太小杀不死癌细胞,结合率大就可以杀死。
有了这项技术就可以在治疗前把病人的癌细胞取出来,然后进行测量,看看美罗华能不能把癌细胞杀死,如果能够杀死的话,我们再进行资料,这样的话就能够预测治疗的效果,给医生对病人的治疗方案起到了很重要的作用,不仅节省病人的费用,同时也节省了很多时间。我们用纳米机器人把美罗华的分子抓起来,放到病人 CD20 的受体上进行测量,通过对测量结果的大量统计,我们会获得数据,知道当结合率达到一定程度的时候治疗结果是怎样的,这样给医生提供重要的信息,对于癌症的治疗起到很好的作用。
再有一个工作是帮助新药开发。我们知道很多人的听力不好,为什么?
人的耳朵里有一种绒毛细胞,我们说话的时候,绒毛会震动,绒毛通过震动打开了与细胞上的离子通道,然后离子进入细胞,然后从这个细胞传到神经上,人们就能够听到东西,这是听力的过程,很多人的绒毛细胞有问题。通过振动产生、打开了细胞上的离子通道,离子电流进入细胞,这个细胞传到神经上,人们就能够听到东西了,这是听力工作的过程,但是很多人的绒毛细胞有问题,机械震动以后打不开离子通道,就产不了离子电流,所以就会听不到或者某些频道的声音听不到。
在治疗这种病人时,可以通过实验就知道某种细胞有作用或者没有作用。做要这一点要有手段,第一要把药物放进去,第二要对细胞进行测量,还要有办法测量离子通道,我们开发了一套系统,通过纳米机器人,可以产生这种直接推动绒线同时测量离子电流,这样的话在小的环境中,我们就可以对药物进行高速的筛选,开发出新的药物就治疗跟绒线细胞有障碍的有关的听力的问题。
今天讲这几个例子主要想说明一点:
机器人技术除了代替人以外,更重要还能拓展人的功能,能够做一些人做不到的事情,通过跟信息技术结合可以在远出进行感知和控制。
通过纳米机器人可以在微小的环境中进行感知和控制,能够克服由于距离、尺度、环境给人带来的困难,然后进行操作和控制。在我们看不到的空间里有一个广泛的空间。机器人除了代替人在我们的范围内有广泛的应用以外,我们再走一步,在看不到、摸不着的环境里,机器人同样可以起到很大的作用,创造很大的价值,为人类做出很大的贡献。


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95919000:2017-10-21 09:09:07