仿人生物医学工程技术：下一项改变世界的技术?

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导读：比尔盖茨曾预测，未来每个家庭都将家用机器人，机器人将成为科技市场下一项改变世界的技术。DEKA手臂系统、达芬奇Xi手术系统、神经形态芯片等仿人生物医学工程技术，都为科学界和医学界带来了革新。
新一代（第四代）达芬奇Xi手术系统已于2014年4月1日被美国食品与药品管理局（FDA）批准投入使用，而首个获批入市的意识控制助残机械臂——DEKA手臂系统（DEKAArmSystem）也已于2014年5月9日近期获美国FDA批准。

1“星球大战风格”机械臂

DEKA手臂系统被命名为“Luke”——源于电影“星球大战”中的卢克天行者（LukeSkywalker）所使用的机械臂。与以往的意识控制助残机械臂不同的是，DEKA手臂系统可以接收患者残肢处肌肉收缩的电信号，将肌电图（EMG）电极传输信号转换成多达10种的肢体动作，完成使用钥匙和锁、料理食物、吃饭、使用拉链和梳头等动作。美国国防部高级研究项目局（DARPA）曾指出，“为了接近人类手臂的自然状态，这个手臂系统具有与一个成年人相同的大小、重量、形状和握力”。

该机械臂由DARPA提供资助，DEKAIntegratedSolutions公司负责研发。DEKA手臂系统由DEKA公司于1992年创立，其创办人DeanKamen是自学有成的发明家与工程师。除机械手臂系统外，该公司还研发了iBot疾病人行动机器人轮椅（为强生设计）和Homechoice洗肾机产品（为百特设计）等医疗产品。其中，iBot轮椅可仿人上下楼梯，而Homechoice是腹膜血液透析仪器则十分小巧，可带上飞机或汽车。

2仿人的达芬奇手术系统

而在DEKA手臂系统获批约一个月前，FDA还批准了第四代达芬奇全自动手术系统。达芬奇全自动手术系统由总部位于美国加利福尼亚州的IntuitiveSurgical公司研发，由外科医生通过控制台控制，采用微创方式完成复杂的外科手术。该系统的3D高清影像技术可以主刀医生提供高清晰、全方位立体式手术视野，通过医生控制台操控机器手臂来极大程度地解放外科医生，而仿真手腕手术器械则消除了颤动，减低手术风险，降低失败几率。截至2012年为止，由达芬奇机器人辅助完成的手术超过20万台。

与之前的达芬奇全自动手术系统相比，达芬奇Xi系统采用了四个微创手术刀的设计，且为影像和器械提供了更为强大的可扩展性。得益于此，该手术系统的应用领域也从前列腺切除手术、心脏瓣膜修复和妇科手术扩展至更为复杂的手术。例如，在手术的过程中同时完成切除以及检查。

3仿人生物医学工程的发展

DEKA手臂系统、达芬奇Xi手术系统只是近期仿人生物医学工程发展的两个典型案例，事实上类似的例子已经有很多。以仿人型残疾人假肢为例，就有OttoBock假肢、TBM假肢、HIT/DLR假肢、i-LIMB假肢、FluidHand假肢等多种功能的假肢已经得到开发。再如，2010年加拿大推广的神经外科手术的机器人具有特别敏感的触觉，可以让医生通过最清晰的视觉来完成大脑的显微手术。

除了功能上的开发外，仿人生物医学工程中涉及的核心元器件的开发也在飞速发展，芯片企业也正在参与这一领域的研发。例如，英特尔投资公司（IntelCapital）就曾向世界顶尖的欧洲仿人机器人研制企业AldebaranRobotics投资1300万美元，后者面向个人服务、医疗护理及自闭症儿童辅助治疗等领域，研制并销售先进的可编程仿人机器人。这些机器人可执行包括面部与语音识别、定位感知功能等功能。

事实上，神经形态芯片也是典型的案例之一。而得益于神经形态芯片的发展，必然有越来越多、日趋精密的仿人生物工程技术得到开发。在德国，研究人员已经在实验室内掌握了让神经细胞在芯片表面生长的技术，且成功控制神经细胞在芯片上的生长方式，使神经细胞能有目的地处理信息。

4改变世界的技术？

对此，微软创始人比尔盖茨（BillGates）曾于2007年就预测，未来每个家庭都将家用机器人，2013年更是表示，机器人将成为科技市场下一项改变世界的技术。

而在医疗领域，机器人医生这种技术在疾病治疗中的运用，将是未来发展的必然趋势。以前述的达芬奇机器人为例，在机器人使用前，微创医生需要超长的时间才能精密地掌握医疗技术。利用达芬奇机器人的立体成像、微创手术刀和控制台，医生可以在相对较短的时间内完成同类水平的手术——在某种程度上，其操作甚至比专家更为“精准”。

随着信息技术等的复合应用，将会有越来越多的功能得以实现。例如，随着通信技术的发展，以下情景或许将成为现实：医生只需在任何一处利用通信终端，就可以远程遥控机器人为病人提供治疗服务——目前，在“密歇根中风网络”等案例中，远程遥控机器人的显示屏可以显示医生的动态面孔，而病床上的患者则可以通过远程遥控机器人实现与医生的对话，而医生则可以通过网络指挥机器人，为急诊室里的中风病人诊断病情并提供治疗方案。
仿人生物医学工程技术，是否会如同互联网一样，成为下一项改变世界的技术?