18、磁声混合微纳机器人：生物医学的新希望

磁声混合微纳机器人：生物医学的新希望

1. 医学微纳机器人的发展需求

未来的医学微纳机器人需要在恶劣复杂的环境中实现高效推进，这就要求它们能够以极高的时空分辨率获取推进力。并且，使用生物相容性能源为其供能是非常理想的。近年来，化学动力微电机在活体动物体内实现了主动且持久的药物输送，提高了治疗效果。然而，这些微电机大多使用机载能源（如镁或锌，可与胃液或肠液反应），其寿命相对较短，且在体内的控制和导航尚未得到充分探索。因此，人们开始致力于开发生物相容性无燃料推进机制。

外部物理场（如光、声或磁刺激）能够对微纳机器人进行强大的导航和驱动。在各种外部场中，磁场和声场在现代医学中发挥着重要作用。磁场用于磁共振成像（MRI）等仪器，经颅磁刺激（TMS）在中枢神经系统的诊断和治疗方面显示出潜力。低振幅的声场用于诊断和成像，而高能超声则用于加热、激活和破碎体内的组织和结构。由于其生物相容性的能量转换机制，磁和超声推进也推动了无燃料纳米电机的运行，在生物医学应用，特别是体内应用方面具有很大的潜力。

2. 混合微纳机器人的出现

混合微纳机器人使用多种不同的动力源进行纳米级推进，能够在复杂环境中对个体和集体行为进行复杂调节。最近，有研究描述了将燃料动力和无燃料推进相结合的混合纳米电机。由于磁场和声场在无燃料操作方面具有高度的通用性和机动性，磁声混合微纳机器人成为了微纳机器人数字化速度调节和可逆控制的有价值选择。

2.1 磁推进和超声推进的单独操作模式

• 磁推进 ：磁微机器人可以利用旋转或振荡磁场模仿细菌的螺旋或柔性鞭毛推进。螺旋微泳者的运动可以用细长体理论解释，对于稳态运动，外部施加的