chanong 但你有没有想过，人体是否也可以用“积木”组装和复制呢？ 将最基本的细胞单元变成“积木”，并将它们组装起来，复制人体组织和器官。 现在这项技术不再是幻想，而是实实在在地发生在北京理工大学的校园里。 这一研究领域的开创者是IEEE第十区（系统与控制）主席、中国科学院外籍院士、北京理工大学福田敏夫教授，他“领导”了他的微纳机器人，取得了巨大的成就在造福人类健康的道路上不断探索、不断前行。
科学理想从“捕捉水滴世界中的微生物”开始
早期，福田敏夫教授与同事共同研发压电陶瓷促动器技术，为制造高度集成的微纳操作机器人做好技术储备。
1984年的一个下午，年轻学者福田敏夫在河里划船时，发现水中有一些微小的生物。 出于好奇，他把河水带回实验室，用显微镜仔细观察。 微生物真多啊！ 福田敏夫忍不住想要用手去抓它们，但是这样的小生物，用手是抓不到的。 此后，在好奇心的驱使下，福田敏夫一直在思考如何捕捉如此微小的生物，这也成为他从事微纳操纵机器人研究的灵感来源。
从1984年开始，福田敏夫就显微镜下操纵微生物进行了大量的理论研究，并逐渐形成了自己的长期研究计划，即参考显微镜下操纵微生物的模型，构建了一个操纵细胞的工作方法，然后选择优质细胞并以它们为原料构建人造组织和器官。 让人体组织器官的复制就像在微观尺度上盖房子一样，最终建立工业化生产线，大规模生产人造组织器官。 带着这个梦想，福田敏夫开辟了微纳机器人生物医学手术用于人体器官重建的新研究领域。
科学理想离不开现实基础。 福田敏夫的计划必须依靠微纳级别的先进设备才能实现。 他不仅要“看到”微纳尺度，还要能够在微纳尺度上“做”到。 挑战不小。 要实现“看见”，高精度电子显微镜自然是首选。 传统的光学显微镜只能看到头发丝的直径，而电子显微镜可以看到头发丝直径的万分之一。 为了操作一个只有单个细胞三分之一大小的普通人体细胞，甚至进行局部切割和注射，电子显微镜是必不可少的。 要实现“做”的能力，就需要在电子显微镜中安装微纳操作系统。 然而，在上世纪末，电子显微镜作为高端设备，价格昂贵且数量有限。 这是任何人都不敢想、不敢做的事情。 更不用说纳米级手术刀、钳子、注射针和其他可以在微纳米尺度上对细胞进行操作的设备的发展。 尽管面临诸多困难和挑战，福田敏夫并没有放弃自己的梦想，一直在学习、积累力量。
“切开”昂贵的扫描电镜并将机器人安装到显微镜中
时间来到2000年，随着机器人技术、精密制造、控制科学的快速发展，福田敏夫实现梦想的技术条件逐渐成熟。 2002年，福田敏夫顶住压力，大胆对昂贵的扫描电子显微镜（SEM）实施了大规模改造。 他首先将基于压电陶瓷驱动的高精度执行器制造成高度集成的操作机器人，同时利用先进的等离子刻蚀技术制备纳米级末端执行器，即纳米手术刀、纳米钳等。最后，将这两部分集成到微型机器人中。纳米操作机器人，然后打开SEM高真空密封室并安装机器人系统。 融入其中，我们成功实现了微纳尺度上“看”与“做”的完美结合。
光学显微镜下微血管的协同组装过程
由此，福田敏夫开创了环境扫描电子显微镜（ESEM）下生物目标的机器人操作系统和方法，从而结束了人类只能看到而不能触摸单细胞等微纳米级活体目标的局面。 基于该系统，福田教授先后提出了基于“纳米压痕”操作理论的活细胞切割、参数提取和筛选方法。 这也成为全球首个电子显微镜下生物细胞机器人操作理论体系。 这项研究引起了世界各国的高度关注。 在美国桑迪亚国家实验室向美国能源部提交的《纳米机器人研究年鉴》中，福田敏夫的研究不仅被广泛报道，还被称为“世界上最先进的纳米机器人”。 福田敏夫的研究多次被多家媒体报道为“世界上最小的手术刀”。
在北理工，他用机器人“组装”人体微血管
实现对单细胞的检测和筛选只是福田敏雄科学梦想的开始，如何利用筛选出的优质细胞按照人体组织器官的组成规律进行三维组装，从而构建人工以人体干预的形式对组织和器官进行改造，最终应用于人体组织替代，造福人类的壮举，是他的终极追求。 这条科研之路不仅漫长，而且充满挑战。
21世纪第二个十年，福田敏夫带着对科学梦想的执着追求来到了中国，来到了北京理工大学。 面对世界一流大学的建设，北理工长期关注世界科技前沿，充分肯定福田敏夫的研究，对他的梦想充满信心。 北京理工大学诚挚且尊重地诚挚邀请福田敏夫来华继续他的研究工作。 经过深思熟虑，他对北京理工大学的办学特色、办学实力和求贤若渴的诚意留下了深刻的印象。 2013年6月，福田敏夫加入北京理工大学，担任全职教授。
引进人才的目的是让他们在北理工这片沃土上实现梦想、结出硕果。 为帮助福田敏夫快速开展科研工作，北理工整合学校资源，克服困难，在人员、场地、设备、资金等方面为福田敏夫提供了大力支持。 面对科研空间紧张，学校迅速为福田配备了150平方米的实验室，并提供500万元启动资金用于实验室建设。 随后，学校还资助福田俊夫团队的5名博士生到世界一流大学留学一年。 各项有力举措帮助福田敏夫在短时间内组建了一支具有国际视野的高水平科研团队。 福田的“细胞组装与器官重建”梦想在北京理工大学扎根。
就像用乐高积木盖房子一样，首先需要的是一个可以组装的“积木单元”。 因此，“组装”组织器官的第一步还需要将筛选得到的细胞封装成微型“细胞积木”，俗称“细胞支架”。 对于单个细胞来说，支架是包裹宿主细胞的基础，可以调节局部生物化学、生物力学和传质微环境，促进细胞活力和功能。 从更大的尺度来看，要想“组装”厘米级的活性组织甚至完整的人体器官，必须通过支架的几何组装来实现，这不仅可以让细胞模仿自然组织结构进行“组装”，还可以促进细胞的“组装”。大量处于最佳组织形态的“服务”细胞，是体外器官重建的关键基础。
虽然“细胞组装”的原理并不难理解，但力的变化让微观世界和宏观世界显得是两个完全不同的世界。 引力在微观世界中将失去效力，但各种微观力，例如范德华力、静电力、粘附力等将“登场”。 这使得在宏观世界中看似非常简单的抓取、释放、排列等动作，在宏观世界、微米、纳米尺度上操作“细胞支架”变得非常困难。 因此，如何在微观液体环境下实现微小“细胞积木”的灵巧操作，是微纳机器人手术和组织医学工程领域面临的共同挑战。
福田敏夫来到北京理工大学后，打造了第一个基于宏微混合驱动和高速微视觉的微纳机器人协同操作系统。
为了攻克这一难题，福田敏夫在北京理工大学提出了微纳操纵机器人在人体微组织重建中的应用理论。 使用细胞微组件作为装配单元，可以通过跨尺度的多个机器人的协作微装配来实现功能。 体外模仿人体组织器官，构建了基于宏微混合驱动和高速微视觉的微纳机器人协同操作系统。 通过跨尺度运动和装配策略数据库集成，实现了二维细胞微装配单元的自动运行和高效三维装配，运行精度高达30纳米。 凭借这一先进系统，该团队在国际上首次实现了基于微纳机器人生物操控的200微米直径人工微血管的体外构建。 福田敏夫为生物医学和极限制造的先进机器人技术的构建以及再生医学的精密人造器官的构建提供了新方法。 他研发的机器人系统也被中央电视台等媒体报道为我国先进医疗诊疗机器人的代表。 团队先后在IEEE Trans.等国际知名期刊发表SCI论文22篇。 、ACS等，并在IEEE ICRA等机器人领域著名国际会议上获得7篇优秀论文/提名奖。 福田敏夫因其在北理工的杰出工作而荣获2014年度中国政府“友谊奖”，并于2017年当选为中国科学院外籍院士。
实现组织重组，科学梦想继续
延长人类寿命、永葆青春是人类的终极梦想之一。 这也是福田敏夫的科学梦想。 在他的计划中，完成细胞的分离和筛选后，他将采用机器人生物制造方法。 “组装”人体组织。
然而人体组织的“组装”原理上看似简单，但实践起来却困难重重，充满了许多未知的挑战。 其中，人体组织生长过程中的营养吸收是一个难点。 真实的人体组织覆盖着不同大小的血管网络。 微血管作为人体组织的基本单位，是向细胞输送营养物质的唯一通道。 但受分子扩散原理的限制，细胞只能吸收周围200微米范围内的营养物质。 因此，微血管网与人体血管直径的距离大多在这个尺度之内。 目前，由于无法制备供给营养的微血管网络，在人体组织器官重建领域，开发简单的二维层状人工皮肤组织和无活性人工骨替代材料较为常见。
通过微纳机器人技术实现肝小叶等具有特定生物功能的人工组织制造的研究方法
人工微血管是构建复杂三维人工组织并使其具有生物学功能的必要条件。 福田敏夫在机器人构建微血管方面取得了突破，这为他继续研究重建包括肌腱、神经等更复杂的人体组织奠定了坚实的基础。 目前，福田敏夫在北京理工大学的研究工作已逐步延伸至神经组织、肝脏组织等具有特殊生物功能的人工组织的机器人构建。 在不久的将来，如果能够实现功能性人工组织的构建，并能够从医学和生物学的角度对其进行定量评价，那么人体器官的再生将指日可待。
鉴于福田敏夫在机器人、纳米技术和生物医学工程融合领域的杰出成就，他于2015年当选为国际电气电子工程师学会IEEE第十领域（系统与控制）主席。作为全球最大的非营利性专业技术学会和全球最具影响力的国际学术组织之一，IEEE当选为其子领域主席也意味着其被学术界和科学界公认为该领域全球最权威的科学家。世界。 值得一提的是，北京理工大学教授福田俊夫也是下一届IEEE总主席（IEEE）的热门候选人之一。
附2019年IEEE总主席投票步骤：
1. 点击网址：；
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3. 点击前往；
4.查看IEEE-Elect，2019；
5. 按照步骤确认。
投票日期：2018.8.15~2018.10.01
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