在1966年上映的美國科幻電影《神奇的旅程》中，幾位美國醫生將潛水艇縮小到比紅細胞還小，並通過血管把它送入大腦，來清除堵塞大腦的血塊，最後成功拯救了一名科學家的生命。
從這部電影中，我們不難看出，用微型機器人治病的概念早就出現了。在過去，這種想法只能出現在科幻作品中，然而隨著科技的發展，微型機器人植入人體的暢想也許馬上就要實現了。
不久的將來，當我們在醫院看病時，醫生不需要開藥和做手術，而是往我們的身體裡注射微型機器人。這些機器人可以自由地在人體內穿行，疏通被斑塊堵塞的動脈，進行活體組織檢查，或者從內部治療癌症和腫瘤。
“微小”的挑戰
理想的醫用微型機器人的大小和人類細胞差不多，相比於傳統的醫療手段，比如：外科手術和導管插入等，微型機器人幾乎不會造成人體組織損傷。通過瞄準體內特定目標、定向給藥，微型機器人也可以大大減少藥物副作用。
雖然醫用微型機器人的好處多多，不過真的實現它可沒那麼容易。微型機器人和傳統機器人的最大差別在於它們的體積非常小。“微小”的體積是一把雙刃劍，在帶來優點的同時，也帶來了嚴重的限制。可注射到人體裡的微型機器人的體積太小，無法輕易集成任何電源、傳感器或計算機電路。一些大型機器人擁有的特點，比如：運動能力和人工智能等，微型機器人都很難具備。我們試想開頭的微縮潛艇，跟細胞差不多大小的潛艇上無法安裝電機，潛艇的螺旋槳也就毫無用處，而且出於對人體組織的保護，傳統的機械驅動（如水下螺旋槳推進器）也不能應用在體內機器人上。在濃稠的血液中，潛艇如何前進就成了最大的問題。
另外，在微小的尺度下，與表面積相關的效應更加明顯，這也進一步限制了微型機器人的運動。任何的物體都有體積和表面積，表面積與體積所成的比例很重要。一般情況下，物體越小，這個比例就會越大。因此，在微觀尺度上，與表面積成正比的效應（比如空氣阻力）影響更大，而與體積相關的效應（比如重力和慣性）所起的作用較小。例如，一些昆蟲的體積很小，表面積與體積比較大，它們可以從高處墜落而安然無恙，因為昆蟲下降時受到空氣阻力的影響較大，因此，它們下落時的最終速度會大大降低。
除了體積小帶來的挑戰，微型機器人的生物可降解性和生物相容性也是關鍵因素。因為微小的異物不應該永久地留在人體內，不能讓它們引起嚴重的免疫反應，所以任何進入人體的材料都需要嚴格的篩選。
激活微型機器人
面對挑戰，科學家們想出了五花八門的微型機器人激活方法。第一種是聲波驅動，振盪的聲波作用在微型機器人周圍的液體上，造成局部液體兩側的壓力不同，使微型機器人移動。另外還有化學驅動，這種方法利用化學反應產生的微氣泡，來提供推進力。
自身含有能量和移動能力的活體細胞也可以為微型機器人提供動力，比如：某些細菌和肌細胞等。工程師可以將活細胞與人工製造的微型裝置結合在一起，通過改變周圍環境的溫度、酸度和光照條件等來遠程控制它們。然而，這種方法的問題是它只能在受控制的環境中使用，並且人體環境的改變不能太大。
最受歡迎的機器人驅動形式是磁力。工程師將磁性材料嵌入機器人的內部，然後通過外部磁場操縱微型機器人。為了產生較大的磁場，工程師將可移動的磁體或者電磁線圈放置在人體外，磁場可以完全無害地作用於人體。改變磁場的方向和梯度，會對微型機器人施加力和扭矩（使物體發生轉動的力矩），使其沿著期望的軌跡運動，磁場的方向和梯度的變化情況決定了微型機器人的運動方式。
旋轉、滑動和滾動
除了微型機器人的激活方式外，試驗中的微型機器人的運動方式也各不相同。由於大部分人體環境是液態的，所以微型機器人需要具有在流體環境中運動的能力。一些研究人員從自然界中尋找解決方案，並注意到許多微生物都是利用鞭毛（長在某些細菌菌體上具有運動功能的蛋白質附屬絲狀物）來推動自身的。以鞭毛為基礎設計的螺旋狀微型機器人會在旋轉磁場的驅動下，像螺旋鑽一樣，旋轉前進。然而，旋轉的運動方式適合液體環境，卻不適合人體內的粗糙、粘性表面（比如胃黏膜）。
最普遍的一種運動方式就是利用磁力梯度讓微型機器人滑動，磁力梯度會將磁性物體拉向磁場更強的區域。但是在粗糙的表面上，在磁力梯度作用下的滑動會受到很大的阻力，比如摩擦力。因此，雖然滑動在實驗室中表現得很好，卻不適合實際應用。
另外還有滾動（翻轉）的運動方式等。既然旋轉磁場可以用來旋轉人造鞭毛，它也可以用來旋轉薄塊狀的物體。製成長薄塊狀的微型機器人受到磁轉矩的作用，會進行翻轉，此時微型機器人的某一邊與接觸表面間的摩擦力，使這一邊牢牢地“抓住”了表面，另一邊則向前方翻轉，微型機器人便開始前進了。通過這種運動方式，微型機器人可以在形如溝壑的胃表面自如地前行。
微型機器人既可以擁有一種運動方式，也可以擁有多種運動方式。例如，2016年，瑞士蘇黎世理工學院的研究者就使用具有生物相容性的水凝膠和磁性納米顆粒製作出了螺旋狀的微型機器人，該機器人在磁場作用下，在液體環境中，以旋轉的方式前進。而2018年，德國馬克斯·普朗克學會設計的微型機器人既能夠在不平坦的表面滾動、跳躍或者爬行，也能在液體環境中游動。與螺旋狀微型機器人類似，該微型機器人在長度僅為4毫米（不到手指甲寬度的一半）的彈性硅片中嵌入了磁性粒子，研究人員通過外部磁場控制機器人的運動。
群體合作與執行任務
為了使微型機器人有更好的應用效果，科學家希望能夠讓一群機器人共同工作，就像蟻群一樣。例如，多個微型機器人共同協作，可以攜帶更多的藥物，進入人體。然而實現微型機器人的合作仍面臨挑戰，現在的磁場控制技術不能單獨地指揮機器人分別運動，所有機器人都受同一個大磁場控制。目前，科學家正在研究小範圍驅動的微型電磁場技術，希望在未來能夠協調控制多個微型機器人。
當我們能夠完美地控制和移動微型機器人時，下一階段的挑戰就是讓機器人執行各種複雜的任務了。目前微型機器人只能做一些簡單動作，比如推動、抓住物體。為了完成預想的醫療任務，微型機器人的操作能力必須得到提升。
隨著微型化技術的進步，在不太遙遠的將來，由微型機器人組成的團隊會在血管中游動，探索身體的各個角落，並在行進中運送治療藥物、修復細胞。
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