雷锋网按：7月7日，中国计算机学会（CCF）主办，雷锋网与香港中文大学（深圳）承办的第二届CCF-GAIR全球人工智能与 机器人 ( 行情 300024 ,诊股)峰会在深圳如期开幕。在大会第三天的医疗人工智能专场，香港大学讲席教授、尖端技术研究所所长、IEEE RAS候任

　　雷锋网按：7月7日，中国计算机学会（CCF）主办，雷锋网与香港中文大学（深圳）承办的第二届CCF-GAIR全球人工智能与机器人(行情300024,诊股)峰会在深圳如期开幕。在大会第三天的医疗人工智能专场，香港大学讲席教授、尖端技术研究所所长、IEEE RAS候任主席席宁做了大会报告。

　　席宁教授认为，人类对于生命的理解已经到达分子和细胞的尺度，药物研发和治疗手段的创新，需要在分子和细胞尺度上进行测量和操作的方法――微纳机器人。他进而例举了微纳机器人用于新药开发与诊断治疗的多个例子。他认为，微纳机器人扩展了人的能力，让人们对自然的探索深入到了纳米尺度，将为人类的方方面面带来颠覆性的影响。

　　以下内容由雷锋网（公众号：雷锋网）整理自席宁教授的报告，有删减：

　　今天我想介绍下微纳机器人在医药和新药开发的应用。

　　我们知道医疗主要是诊断和治疗两个方面。在工程的角度，诊断是对人体的各种异常现象进行测量。治疗，在工程的角度是改变人体细胞现有的状态。而机器人的两个重要功能：传感（Sensing）和操作（Manipulation）正好能在诊断和治疗中发挥重要作用。

　　我们首先回顾人类和疾病做斗争的历史，开始的时候，诊断是看病人的气色好不好，中医看舌苔、看气色、脸色好不好。以后有了X光技术，可以看到身体里面，看到肺等器官，从器官的形态来诊断病人的身体状态。现在医学发展到了细胞、分子阶段，医疗诊断也一样。我们需要把诊断技术降到微米、纳米的尺度，在细胞分子的尺度进行Sensing，提供新的诊断方式。

　　治疗也是一样，开始是器官的角度，针对器官进行操作，以西医为例，器官的修补和切除都在这个尺度。随着分子生物学的发展，手术开始在细胞层次、DNA分子层面上开展，而DNA分子是控制细胞生长发育的核心密码，而细胞是组成器官组织的基本单元，将从更根本的原因上解决人类的疾病问题。同时，随着尺度的降低就需要更小的尺度上的Sensing和Manipulation方法。

　　新药开发为什么需要这个？

　　最传统的中药，是人类通过几百上千年的积累，通过不断的试验总结出来的，是时间积累的结果。传统的新药开发则是以靶点为基础的新药开发，即基于信号通路转导（Signaling pathway ）的新药研发这样全面看到疾病和各种因素之间的关系，对副作用考虑比较全面，这个层次进行新药开发需要新的手段和新的技术，即分子和细胞的层次上的Sensing和Manipulation，这同时为机器人的发展提供了新的应用领域。

　　药物开发是人类和疾病做斗争里很重要的一部分。现在人类面临很大的挑战，是新药开发的成本越来越高，开发一个药物需要10-15亿美元，耗费近10年时间。现在新药开发的投资每年不断增长，但药的数量基本上是持平的，说明新药出现的很少，成本不断提高投入与产出的差距越来越大。

　　与此同时，目前新的疾病越来越多，几十年前很多病没有听说过，但现在出现很多新病，药的数量没有增加，成本越来越高。这是人类和疾病做斗争很大的问题。解决这个问题需要开辟新的新药开发的途径，必须利用新技术才能改变现状。

　　超限机器人

　　机器人和自动化技术能不能帮助我们解决这个问题？

　　人工智能、机器人是很热的领域，在制造行业和生活里起到很大的作用，而且在新药和医疗诊断和治疗方面，同样也会起到很大的作用。

　　机器人最开始是代替人（机器换人），用来做人可以做但是不愿意做的事情，比如高重复性的劳动，但随着机器人技术的发展，机器人已经从简单的代替人变成了扩展人，不仅仅是代替人做人不愿意做的事，同时做人做不了的事。比如，机器人和现代信息技术、网络技术结合起来，机器人能在很远的地方进行操作，可以帮助人克服距离带来的困难。

　　机器人在很小的尺度里进行操作和测量，意思是它可以克服尺度给人类带来的困难，在人看不见、摸不着的环境中进行操作和测量。这样的话，它在医疗诊断和新药开发里面就有很多应用。同时机器人还可以进入人很难进入的环境，比如生理环境，进入人的身体，帮助人克服环境给人带来的困难。尺度太小、太远、环境太特殊，人就做不了，但有了机器人的帮助，我们就可以克服这些困难。机器人帮助我们超越了人的能力极限，超过了尺度、距离、环境给人带来的限制。

　　这就是超限机器人，让机器人扩展人的限度，做人做不了的事情。这种技术在新药开发和医疗诊断里面有很大的应用。

　　传统概念中，机器人在制造业，比如汽车制造业，起到很大的作用。我们现在想怎么样把自动化机器人在汽车制造、生产制造里面的技术，移植到新药开发、移植到医疗诊断和治疗，克服我刚才说的新药开发、医疗诊断中人类面临的挑战。

　　潜在的经济价值是非常大的。根据统计，汽车工业的产值是7280亿美元，里面有5080亿是由自动化和机器人的使用所带来的价值。也就是说，没有机器人和自动化，就不会有汽车产业的今天，也就不会有人类今天所拥有的物质文明。

　　而全球制药工业比汽车工业还要大，而且现在新药开发过程中自动化程度非常低，汽车制造中机器人已经大规模使用，但新药研发多还在实验室里依靠手工操作完成，自动化程度非常低。按照经济学相似的统计原理，如果我们把机器人和自动化用于新药开发，潜在的经济价值极大并远超汽车工业。

　　纳米机器人用于新药开发

　　我们怎么把自动化和机器人的概念用于新药开发呢？

　　我们想象，像今天的流水线一样，传送带不断把细胞送进机器人的工作空间中来，，机器人把不同的药物放到细胞上，同时对细胞进行测量，测量不同的靶点、测量不同药的作用。

　　整个过程的自动化，要达到这个目的有几个关键技术：一是自动化输运；二是自动化给药和自动化测量给药。

　　这在汽车工业和制造行业都基本实现了。但最大的不同是，汽车的装配制造，所有的零件尺寸都差不多，是结构化的环境，所有东西都是人制造的。但是新药开发中，每个细胞长的不一样，它是非结构化的（unstructured），所以从感知控制和规划方面，对机器人技术提出了新的挑战。

　　为了迎接挑战，我们做了几方面做的工作。首先机器人要有操作的手段，我们发展了纳米操作机器人，可以在纳米尺度上对物体进行操作和测量，这是非常重要的。机器人要做操作，最重要的是把看不见摸不着的东西，变得既能看到又能摸着，这样才能把药放在特定的位置，才能测量药的效果。

　　比如，上图中右边显示的是一个纳米操作机器人，人用操纵杆进行操作。机器人可以在里面运动，右图下面是一个细胞，我们可以做一些手术，把某些部分切除或者放些药物在上面。