1、微纳机器人的基础与场驱动控制

微纳机器人的基础与场驱动控制

1. 引言

当微设备在人体体液，特别是血液循环系统中推进时，人体大量的偏远位置将变得可及。然而，人体血管直径范围跨度极大，从约 25 毫米（主动脉）到 0.006 - 0.010 毫米（毛细血管），大动脉直径在 1.0 - 4.0 毫米。因此，用现有技术在人体心血管系统中推进无线微设备是一项巨大的技术挑战。

推进方法应使微设备能够独立于血流方向进行导航，所以正常血流只能在行进路径与血流方向一致时作为辅助推进手段。通常，微机器人推进是利用磁共振成像（MRI）系统产生的磁梯度，对嵌入微型无缆设备中的铁磁芯施加位移力，这种技术被称为磁共振推进。虽然利用磁梯度推进的方法并不新鲜，但利用 MRI 推进微胶囊是新的尝试。尽管受临床 MRI 系统特性的限制，但与其他方法相比，该方法在系统层面具有显著优势，因为 MRI 系统已广泛应用于医院，能提供成像、跟踪、计算、分析、人机界面、梯度线圈、冷却系统和实时导航控制等功能。

2. MRI 引导的纳米机器人系统的总体架构

MRI 引导的纳米机器人系统旨在诊断和治疗细胞、器官或组织中的疾病，其正常运行依赖于解决三个技术挑战：
1. 增强诊断 ：临床 MRI 是先进的成像系统，能提供 3D 可视化，让放射科医生详细观察目标组织或器官，且纳米机器人系统可被 MRI 检测而不产生伪影。
2. 体内推进和导航 ：MRI 系统用于纳米胶囊的推进和导航，通过 MRI 线圈产生的磁梯度和磁场分别诱导力和扭矩，使具有磁性的微/纳米胶囊在心血管系统中移动。纳米胶囊可被引导至目标器官或在肿瘤毛细血管网络中聚集，MRI 力还能