7月7日，中国盘算机学会（CCF）主办，雷锋网与喷鼻港中文年夜学（深圳）承办的第二届CCF-GAIR全球人工智能与机械人峰会在深圳如期揭幕。在年夜会第三天的医疗人工智能专场，喷鼻港年夜学讲席传授、尖端技巧研讨所所长、IEEE RAS候任主席席宁做了年夜会申报。
席宁传授以为，人类关于性命的懂得曾经达到份子和细胞的标准，药物研发和医治手腕的立异，须要在份子和细胞标准长进行丈量和操作的办法——微纳机械人。他进而例举了微纳机械人用于新药开辟与诊断医治的多个例子。他以为，微纳机械人扩大了人的才能，让人们对天然的摸索深刻到了纳米标准，将为人类的各个方面带来推翻性的影响。
以下内容由理自席宁传授的申报所得，有删减：
明天我想引见下微纳机械人在医药和新药开辟的运用。
我们晓得医疗重要是诊断和医治两个方面。在工程的角度，诊断是对人体的各类异常景象停止丈量。医治，在工程的角度是转变人体细胞现有的状况。而机械人的两个主要功效：传感（Sensing）和操作（Manipulation）正好能在诊断和医治中施展主要感化。
我们起首回想人类和疾病做奋斗的汗青，开端的时刻，诊断是看病人的气色好欠好，西医看舌苔、看气色、神色好欠好。今后有了X光技巧，可以看到身材外面，看到肺等器官，从器官的形状来诊断病人的身材状况。如今医学成长到了细胞、份子阶段，医疗诊断也一样。我们须要把诊断技巧降到微米、纳米的标准，在细胞份子的标准停止Sensing，供给新的诊断方法。
医治也是一样，开端是器官的角度，针对器官停止操作，以中医为例，器官的修补和切除都在这个标准。跟着份子生物学的成长，手术开端在细胞条理、DNA份子层面上展开，而DNA份子是掌握细胞发展发育的焦点暗码，而细胞是构成器官组织的根本单位，将从更基本的缘由上处理人类的疾病成绩。同时，跟着标准的下降就须要更小的标准上的Sensing和Manipulation办法。
新药开辟为何须要这个？
最传统的中药，是人类经由过程几百上千年的积聚，经由过程赓续的实验总结出来的，是时光积聚的成果。传统的新药开辟则是以靶点为基本的新药开辟，即基于旌旗灯号通路转导（Signaling pathway ）的新药研发如许周全看到疾病和各类身分之间的关系，对反作用斟酌比拟周全，这个条理停止新药开辟须要新的手腕和新的技巧，即份子和细胞的条理上的Sensing和Manipulation，这同时为机械人的成长供给了新的运用范畴。
药物开辟是人类和疾病做奋斗里很主要的一部门。如今人类面对很年夜的挑衅，是新药开辟的本钱愈来愈高，开辟一个药物须要10-15亿美元，消耗近10年时光。如今新药开辟的投资每一年赓续增加，但药的数目根本上是持平的，解释新药涌现的很少，本钱赓续进步投入与产出的差距愈来愈年夜。
与此同时，今朝新的疾病愈来愈多，几十年前许多病没有据说过，但如今涌现许多新病，药的数目没有增长，本钱愈来愈高。这是人类和疾病做奋斗很年夜的成绩。处理这个成绩须要开拓新的新药开辟的门路，必需应用新技巧能力转变近况。
超限机械人
机械人和主动化技巧能不克不及赞助我们处理这个成绩？
人工智能、机械人是很热的范畴，在制作行业和生涯里起到很年夜的感化，并且在新药和医疗诊断和医治方面，异样也会起到很年夜的感化。
机械人最开端是取代人（机械换人），用来做人可以做然则不肯意做的工作，好比高反复性的休息，但跟着机械人技巧的成长，机械人曾经从简略的取代人酿成了扩大人，不只仅是取代人做人不肯意做的事，同时做人做不了的事。好比，机械人和古代信息技巧、收集技巧联合起来，机械人能在很远的处所停止操作，可以赞助人战胜间隔带来的艰苦。
机械人在很小的标准里停止操作和丈量，意思是它可以战胜标准给人类带来的艰苦，在人看不见、摸不着的情况中停止操作和丈量。如许的话，它在医疗诊断和新药开辟外面就有许多运用。同机会器人还可以进入人很难进入的情况，好比心理情况，进入人的身材，赞助人战胜情况给人带来的艰苦。标准太小、太远、情况太特别，人就做不了，但有了机械人的赞助，我们便可以战胜这些艰苦。机械人赞助我们超出了人的才能极限，跨越了标准、间隔、情况给人带来的限制。
这就是超限机械人，让机械人扩大人的限制，做人做不了的工作。这类技巧在新药开辟和医疗诊断外面有很年夜的运用。
传统概念中，机械人在制作业，好比汽车制作业，起到很年夜的感化。我们如今想怎样样把主动化机械人在汽车制作、临盆制作外面的技巧，移植到新药开辟、移植到医疗诊断和医治，战胜我适才说的新药开辟、医疗诊断中人类面对的挑衅。
潜伏的经济价值长短常年夜的。依据统计，汽车工业的产值是7280亿美元，外面有5080亿是由主动化和机械人的应用所带来的价值。也就是说，没无机器人和主动化，就不会有汽车家当的明天，也就不会有人类明天所具有的物资文明。
而全球制药工业比汽车工业还要年夜，并且如今新药开辟进程中主动化水平异常低，汽车制作中机械人曾经年夜范围应用，但新药研发多还在试验室里依附手工操作完成，主动化水平异常低。依照经济学类似的统计道理，假如我们把机械人和主动化用于新药开辟，潜伏的经济价值极年夜并远超汽车工业。
纳米机械人用于新药开辟
我们怎样把主动化和机械人的概念用于新药开辟呢？
我们想象，像明天的流水线一样，传送带赓续把细胞送进机械人的任务空间中来，机械人把分歧的药物放到细胞上，同时对细胞停止丈量，丈量分歧的靶点、丈量分歧药的感化。
全部进程的主动化，要到达这个目标有几个症结技巧：一是主动化输运；二是主动化给药和主动化丈量给药。
这在汽车工业和制作行业都根本完成了。但最年夜的分歧是，汽车的拆卸制作，一切的零件尺寸都差不多，是构造化的情况，一切器械都是人制作的。然则新药开辟中，每一个细胞长的纷歧样，它长短构造化的（unstructured），所以从感知掌握和计划方面，对机械人技巧提出了新的挑衅。
为了迎接挑衅，我们做了几方面做的任务。起首机械人要有操作的手腕，我们成长了纳米操作机械人，可以在纳米标准上对物体停止操作和丈量，这长短常主要的。机械人要做操作，最主要的是把看不见摸不着的器械，变得既能看到又能摸着，如许能力把药放在特定的地位，能力丈量药的后果。
好比，上图中左边显示的是一个纳米操作机械人，人用把持杆停止操作。机械人可以在外面活动，右图上面是一个细胞，我们可以做一些手术，把某些部门切除或许放些药物在下面。
要做到这点，要把纳米标准的情况显示出来，如许人才网job.vhao.net能看见、能力停止操作。我们发明一种技巧，能高速的在纳米标准下停止成像，发生像视频一样的及时图象，如许可以或许赞助操作。我们用了紧缩感知的道理，由于标准异常小，要高速的对情况停止丈量，由于光学是看不见的，标准太小，要用原子力显微镜、电子显微镜丈量。
上图是一个及时的图象，是DNA份子在液体里晃悠。我们可以及时丈量DNA份子的活动，这是很小的标准，由于DNA份子的直径只要1-2纳米。
这是停止操控和丈量的根本的器械。有了这以后，我们便可以停止操作。
上图右边是一个DNA份子，白色的是纳米机械人。我们让纳米机械人沿着DNA份子停止活动，坚持在DNA份子上，如许就请求地位掌握的精度在1-2纳米。它的感化是，我们晓得DNA最主要的是测序，测序后可以或许对将来的疾病停止猜测。测序是对ATCG四种分歧的份子停止丈量，假如一个纳米机械人沿着走，就可以很快晓得份子构成，这是疾速对DNA停止测序的办法。
成像很主要，但同时要停止操作。操作的时刻要在微纳米标准上要停止手术，手术请求机械人的终端履行用具有必定的刚度，而成像感知则请求终端履行器异常的柔嫩是以在操作和成像之间存在抵触。好比一个纳米级的探针，假如很小、很软，你要推一个器械时，就会变弯推不动，这给纳米标准长进行操作带来了很年夜的艰苦。但不克不及做得刚度很年夜，假如刚渡过年夜，摸到一个很软的器械，会不晓得它的软硬，招致传感和丈量的精度下降。
我们处理这个抵触的方法是，在探针上加了一个驱动器，经由过程掌握驱动器能转变探针的机械特征，使得探针的刚度可调，丈量的时刻变得很软，很轻易丈量情况的软硬。同时操作的时刻让它变得很硬。
好比上图中的纳米线，年夜概仅100纳米，是头发直径的千分之一。黑的是探针，我们加上去掌握旌旗灯号后，探针自己就变硬了，便可以推进。探针经由过程转变机械特征，便可以到达我们的目标。这是微纳米操作里是很主要的例子。
纳米机械人用于诊断医治
机械人相干的技巧，医疗诊断医治外面有甚么运用？
好比医治皮肤病中的牛皮癣。牛皮癣是一种免疫疾病。人皮肤中上皮细胞与细胞之间有一种卵白质Desmosome。因为一些免疫疾病，人领会发生一种抗体（一种卵白质），它会进击并损坏Desmosome，在人体外面构成许多水泡，并且会烂。其时全部进程的机制其实不清晰，有人猜想是抗体的缘由，还有人猜想能够是旌旗灯号传导的进程招致的。
由于情况限制的缘由，研讨起来异常艰苦。我们的方法是，用纳米机械人机械的把Desmosome切开。或是用纳米机械人把抗体直接放到Desmosome上，看会不会损坏。经由过程机械切割和抗体感化的比较，便可以实验出来二者之间的异同进而为肯定这类疾病的发生缘由供给赞助。
最初经由过程我们的研讨证实，这类皮肤病不是机械感化所发生的，而是旌旗灯号传导所惹起的，是以对象和技巧的晋升让本来很难研讨的成绩变得轻易。
我们还可以用这个办法研讨干细胞的分化。干细胞很主要，但猜测它甚么时刻分化，在甚么前提下分化，对分化的状况停止丈量，长短常难的事。因为有纳米机械人，可以对一些干细胞的机械特征停止及时丈量，猜测出来分化的状况。
另外一个运用纳米机械人在医治范畴比拟胜利的例子，是淋巴瘤。淋巴瘤医治有一种殊效药——美罗华，这是一种靶向药物并在临床上获得了极年夜胜利运用。然则却存在耐药性差别成绩，即这类药物对有的人有用，有的人没效。该药物价钱昂贵，医治本钱高，假如不克不及事后懂得医治后果，不只糟蹋金钱同时延误了名贵的医治机会。所以须要一种办法，在医治之前猜测医治后果怎样样。
我们用纳米机械人掏出病人身上的癌细胞，发明只要当癌细胞靶点与药物联合力到达必定水平时，才会有感化。经由过程这个研讨，可以猜测采取靶点医治今后的后果会是甚么样，这在临床上的意义长短常年夜的。
还有一个例子是研讨细胞黏协力。细胞黏协力的年夜小直接影响伤口的愈合。它还有一个很主要的感化是用于假肢范畴。如今有一种胜利的办法，是把钢管插到骨头里，让假肢的后果跟真人一样。但外面有一个很年夜的成绩，即钢管插到腿里，皮肉要长在钢管里面，但常常会发生裂缝，会让细菌惹起沾染，时光长了今后会惹起骨头沾染，招致最初照样要取失落假肢。人们希冀对细胞的黏协力展开研讨，特殊是细胞和假肢之间的黏协力，懂得个中的机制后，便可以经由过程一系列的方法让它黏合的很好，避免沾染。
这很难。好比细胞的黏协力怎样丈量？经由过程纳米机械人开辟了一个方法，可以及时丈量，从而研讨分歧的药物对黏协力的影响。
还有一个运用是对离子通道离子电流的丈量。及时丈量离子通道的电流，关于懂得细胞的心理功效和医治许多疾病有很主要的意义。然则丈量很难，之前传统的办法叫膜片钳，它是一种技巧活，要练许多年能力测。如今用纳米机械人技巧能很精确的定位，很精确的停止丈量，将本来很庞杂的进程变得很简略了，能高速的停止丈量。
人的耳朵里有内耳细胞，内耳细胞外面有许多纤毛，就像天线一样。当空气中的振动传导耳蜗后，会惹起纤毛的曲折形变，进而翻开特定的离子通道，发生旌旗灯号并让人听到声响。因为离子通道的成绩，会让许多人掉聪。所以要研讨一种药物转变这类景象，但研讨药物的进程中要有方法及时丈量，看药物能不克不及让离子通道正常。
但这类丈量很难，由于要在细胞上离子通道停止丈量，同时还要发生机械安慰动，使得纤毛发生曲折形变，这须要在很小的标准长进行准确操作，异常艰苦。应用纳米机械人，我们不只可以对这些纤毛停止超微超准确的机械安慰，同时还能对离子通道停止丈量，如许就经由过程试分歧的药物，懂得其医治后果。
总结来讲，人类对性命的认知曾经到了份子和细胞标准。是以不管是药物开辟照样医治手腕的立异，都须要在份子和细胞标准上的丈量和操作的对象，进而把传统的手术从器官的程度减少到份子和细胞的程度，如许赞助我们停止医疗诊断，赞助我们停止新药开辟，从而发生许多新的诊断和医治的办法，来应对人类面临的疾病。
