Only Perception: 3D 虛擬實境加速奈米機器人研發

2007-12-07

3D 虛擬實境加速奈米機器人研發

Virtual 3D nanorobots could lead to real cancer-fighting technology
http://www.physorg.com/news116071209.html

December 05, 2007
By Lisa Zyga

為了消除以化療治療阿茲海默症所產生的副作用，奈米機器人（nanorobots）的潛在醫療應用相當廣大與野心勃勃。過去十年，研究者在開發實用奈米機器人所需的不同系統上，有了許多改善，諸如：感應器、能源供給還有資料傳輸。

不過在微小的「分子機器」能通過我們的動脈，以診療病痛之前，仍有許多研究要進行。為了要跨出這一步，一群研究者最近開發了一種創新方法，以協助奈米機器人的研發 -- 虛擬實境（virtual reality）。

Adriano Cavalcanti、Bijan Shirinzadeh、Robert Freitas Jr. 與 Tad Hogg 代表澳洲墨爾本與美國的研究單位，將他們的模擬步驟發表在最近一期 Nanotechnology 上。

正如同 3D 模擬先前幫助工程師大幅加速半導體產業的研發，Cavalcanti 等人希望虛擬的奈米機器人、虛擬的生物分子與虛擬的動脈將加速奈米機器人的開發。

" NCD（奈米機器人控制設計）這個軟體是一套系統，實作用來當成奈米機器人 3D 原型的測試平台，" Cavalcanti，墨爾本大學奈米科技自動化中心的 CEO 表示。"那是一種先進的奈米電子機械學（nanomechatronics）模擬器，那為奈米機器人任務導向的塑模，提供物理與數值資訊。身為醫療奈米機器人研究的一種快速發展平台，NCD 模擬展現如何互動與控制體內的奈米機器人。"

在一場及時模擬的示範中，奈米機器人有個在動態的虛擬環境中搜尋蛋白質的任務，而且除了確認之外還要將這些蛋白質攜往一個特定的「機關入口（organ-inlet）」以進行藥物遞送。研究者分析奈米器人如何使用不同的策略來達成這項目標。例如，奈米機器人能利用不同的感應能力，如化學與溫度感應器，以及隨機運動。

對奈米機器人而言，最困難的一部份是能機動到很接近一個生物分子，以感應那個生物分子，那時候得對付許多不同的力與移動身軀。不像在宏觀尺度下，黏性（viscosity）主宰動脈中的移動，在奈米機器人遇到阻礙，或蛋白質順從液體通過時，影響其行進。

為了要模擬這個系統，研究者測試數種例子，在此這些奈米機器人使用不同策略來偵測蛋白質，或是待在不同尺寸的血管中。一如預期，他們的結果證實，奈米機器人有更好的機會在較小的血管中發現目標。此外，與隨機移動相較，使用化學與溫度生物感應器能大幅增進奈米機器人的效率。

為了要感應，該模擬將可望為奈米機器人設計方面的許多挑戰，例如控制方式、製造方法、致動器（actuator，馬達）設計等，提供互動工具。研究者目前使用該模擬以在微創手術（laparoscopic surgery）、糖尿病、癌症、腦動脈瘤、心臟病、軍事生物危害防禦與藥物遞送當中進行測試。此開發是高度協同合作的，其領先需要倚賴奈米電子學、新材料與基因組研究未來的改進。

"成功開發奈米機器人的主要因素之一是，讓專家聚在一起，並具備跨學門的科學與技術視野，" Cavalcanti 說。"那需要將你的眼光放在化學、材料工程、電子學、電腦、物理、機械、光學、製藥學與醫療技術上。我們的研究正日益領先當中，因為我們有來自於不同背景的專家參與其中。我們在合作研究中都追求同樣的興趣以打造醫療奈米機器人。"

在這些學科齊頭並進下，一套精確的模擬系統將協助研究者了解實用奈米機器人的所需效能，即使在該技術存在之前。

"某些現有元件，例如：感應器、馬達、致動器與天線，都已能當成奈米裝置使用，" Cavalcanti 說。"接著你得採取下一步：這些元件應整合成嵌入式零件，組合至奈米器人中。"

他解釋創新最大的激發因素來自於經濟與策略利益。因為有各種不同的應用，奈米機器人無疑將提供經濟刺激。（中間略）因為有這些動機，Cavalcanti 希望奈米機器人的研究，將出現在不遠的將來。（末段略）

更多資訊： http://www.nanorobotdesign.com/

※ 相關報導：

＊ Nanorobot architecture for medical target identification
http://www.iop.org/EJ/abstract/0957-4484/19/1/015103