不用開刀就可以摘除病人的腦部腫瘤，這將不只是出現在科幻電影中的情節！
今年5月，在加拿大由Sylvain Martel所領導的蒙特婁大學、蒙特婁理工學院及聖賈斯汀大學醫學研究中心團隊，在老鼠腦部注射「磁性奈米微粒」（MNP；即奈米機器人），再以射頻場（RF field）照射奈米微粒，該微粒在射頻場照射下會升溫，產生的熱會形成機械應力，在沒有開刀的情況下，成功讓藥物擴散進入腦部。奈米機器人不只是在醫學領域上製造出新生的希望，環境偵測、太空探索，甚至是軍事武器上都能看見它的應用！
研發奈米機器人的目的是，希望這些奈米尺寸級的機械裝置，能夠在極微細的空間內執行任務，而這些任務對人類至為重要，甚至有迫切的需求，但已別無它法可以達成，所以研發奈米機器人是必然的趨勢，尤其在奈米科技一日千里的進步之下，概念上的構想一一被實體化了，因此，我們認為奈米機器人將會是未來的極為重要的產業。（可參考本期另一篇文章：「顛覆你對機器人的想像 — 奈米機器人能幹嘛？ 」）
那麼，奈米機器人可以應用在哪裡呢﹖
奈米機器人的工作環境，對人類來說，是細如髮絲的、是難以到達的、是遙不可及的，甚至是危險的，也就是說，奈米機器人可以「不畏艱難、無孔不入」，上山下海為人類工作，所以奈米機器人可用於醫學領域、環境偵測、太空探索，甚至是軍事武器上，限於篇幅，以下僅就當前最受矚目的應用做一簡單介紹。
應用於醫學領域
醫學是奈米機器人最令人矚目的應用領域，從體內藥劑輸送、修復細胞組織、對抗癌細胞、增加免疫力，到醫療監護等等，奈米機器人都將會被大量的運用，就如同華佗再世一般，對人類的健康及壽命做出貢獻。
圖一是奈米機器人在醫學上最具代表性的應用的說明。首先，將一管充滿奈米機器人的液體注射到癌症患者體內，而每一個奈米機器人都裝載著癌症標靶藥物，再以體外的儀器設備將奈米機器人引導到癌腫瘤的位置，甚至，奈米機器人可以直接以本身具備的推進力與搜尋能力，自行游到癌腫瘤上，接著就是釋放藥物殺死癌細胞。這種醫療方式可以免除化療的通殺副作用，也可避免侵入式醫療的風險，大幅的提高了醫療的品質及效率。
圖一、奈米機器人殺死癌細胞之示意圖 https://en.wikipedia.org/wiki/Nanomedicine
目前，上述的醫療方式雖然仍在初步發展的階段，但已有許多令人注目的實驗成果陸續被公開發表。
今年（2015）5月，在加拿大由Sylvain Martel所領導的蒙特婁大學、蒙特婁理工學院及聖賈斯汀大學醫學研究中心團隊，在老鼠腦部注射「磁性奈米微粒」（MNP；即奈米機器人），再以射頻場（RF field）照射奈米微粒，該微粒在射頻場照射下會升溫，產生的熱會形成機械應力，因此成功地打開血腦屏障（blood brain barrier）約2小時，讓藥物擴散進入腦部（圖二）。即使此技術尚未進行人體試驗，但已預告在未來可能不用開刀就可以摘除病人的腦部腫瘤，免除手術失誤的風險，而且，對某些腦部疾病來說，這將是更有效率的治療方式。
圖二、注射磁性奈米微粒，再以射頻場照射加熱磁性奈米微粒 www.extremetech.com
應用於石油探勘
石油蘊藏於儲油岩（reservoir rock）的孔洞之中，未經開採的儲油岩就像是一塊吸滿石油的海綿，靜沉於地表之下，每次的鑽井取油就希望能像擰乾海綿一樣，將儲油岩裡面的石油全部榨出，但以目前的技術來說，仍不易精確地描繪出複雜多樣的儲油岩3D形體，以致還有許多石油仍然深藏於儲油岩的礦穴（pockets）之內而未能被開採到。
如果利用奈米機器人直接鑽入儲油岩的縫隙孔洞中，收集詳細的油路（oil pathways）資料（也就是岩石裂縫分佈的3D資料），我們就可以得到精確的石油網路分佈圖，開採的效率也會因此而大大提升。
利用奈米機器人協助開採石油的技術，可以參見於今年(2015)的6月23日獲證的美國專利"System, Method, and Nanorobot to Explore Subterranean Geophysical Formations， US 9063252"，專利權人是沙烏地阿拉伯石油公司（Saudi Arabian Oil Company）。
就如同該專利的描述，尺寸小於500奈米的奈米機器人可以鑽入儲油岩的細縫中，一路爬行前進，並將收集到的資料以無線電的方式回傳到地表上的電腦做後續分析。圖三是該專利的整體概念示意圖，其中（106）為鑽井，在鑽井壁上會放置無線電接收器（134）及傳送器（136），而（114）即是為數眾多而且是已鑽入岩縫中的奈米機器人。
圖三、利用奈米機器人協助開採石油的整體概念示意圖
圖四為該專利的奈米機器人結構圖，每隻腳都是由一個奈米馬達（標示為M）所驅動，而這個奈米馬達可以是「布朗馬達」（Brownian motor；是一種將熱分子運動化學能轉換成機械能的分子馬達）；奈米機器人的尾部還有奈米馬達驅動的推進器（166），頭部則裝置感測器（138）負責檢測流體的特性及酸鹼值等等，奈米機器人收集到的資料則經由內建的無線電模組回傳到鑽井壁上的接收器，再傳送到地表上的電腦，最後工程師就可以繪製出精確的儲油岩結構圖。圖五為該專利所提及的其它奈米機器人結構圖。
圖四、奈米機器人結構圖
圖四、另二種奈米機器人結構圖
應用於太空探索
眾所周知，太空探索是一項極為昂貴的研究投資，像是那些龐大的器材就需要更龐大的載具來運送，如果所使用的儀器設備可以盡量的小型化，那整體的費用就有機會往下調降。所以，美國太空總署（NASA）在規畫太空探索的下一次「大躍進」（giant leap）時，已經朝向儀器設備微型化的解決方案前進了。
NASA的基本構想，也是未來要實現的技術是，可以完全的控制單一原子及分子，並製造出分子尺寸的機械，而這就是我們所說的奈米機器人。
NASA於2005年發表的文章就生動的描述了奈米機器人的太空任務：「假如，精神號及機會號火星漫遊車能夠建造成小如甲蟲，而且可以如甲蟲一樣在岩石和砂礫上疾行，就可以採集礦物標本及搜尋水痕歷史的線索。在承載著大小如二張書桌的漫遊車的運送囊包（capsules）中，可以同時運送數以百千計個此類小型機器人，這樣就可以讓科學家能探索更多的火星表面，並增加偶然發現火星細菌化石的機率。」
Networked TerraXplorers (NTXp)是美國東北大學與NASA一起合作研究，利用奈米技術從事太空探索的奈米機器人構想方案，如圖五所示，由數個NTXp組成的「天網」以降落傘投遞的方式到達崎嶇不平的星球表面，由於NTXp非常輕巧，造價又不貴，所以可以大量運送並投遞到星球表面，如此即可收集到該星球大片面積的資料。
圖五、Networked TerraXplorers (NTXp)的構想情境
奈米機器人的未來
奈米機器人的研發融合了物理、數學、化學、生物、醫學、電子等等領域中的各式各樣先進技術，需要大量金錢的投入及長時間的持續研究。這是一個極新的研究領域，雖然從Eric K. Drexler與Robert A. Freitas提出奈米機器人的基本概念開始算起，到目前為止，奈米機器人的研發時間已有十幾年了，但當前的研發成果仍只算是在初步階段而已。
我們也可以從專利申請案數量的角度，來觀察目前奈米機器人的開發趨勢。用關鍵字"nanorobot"於美國專利商標局檢索，結果可得到52篇專利申請案(檢索時間至本文截稿止)，而其中多數為醫學方面的應用，這意味著人們希望奈米機器人能夠突破當前的醫療技術瓶頸，再創新生希望。
很明顯的，奈米機器人的持續發展，將會對人類的未來產生許多重要的影響，尤其在醫學方面的可能性，更是充滿想像的空間；而的確，當前全世界已有許多學術單位及醫學生物科技公司，正努力開發功能強大的奈米機器人來對付棘手的疾病問題，但奈米機器人的價值並不僅僅體現於終結所有疾病而已，將其運用於提升人類生理機能的研究，也逐漸獲得重視。
隨著科技日益進步，我們可以預期奈米機器人將會越來越聰明。Google 的 工程 總監Ray Kurzweil 在今 (2015)年 的6月曾公開預言：在2030年時，人腦將藉由DNA製造的奈米機器人與電腦連結，甚至連結到雲端，我們的思維模式，將成為生物與非生物的混合體。
這種人類全面進化的事，看來，不再只是科幻小說的題材而已了，或許在你我有生之年就可以親自體驗到，不是嗎？
參考資料：
http://www.nouvelles.umontreal.ca/udem-news/news/20150325-nanorobotic-agents-open-the-blood-brain-barrier-offering-hope-for-new-brain-treatments.html https://nano.nchc.org.tw/index.php?apps=news&mod=welcome&action=show&gid=1030 http://science.nasa.gov/science-news/science-at-nasa/2005/27jul_nanotech/ http://www.businessinsider.com.au/ray-kurzweil-thinks-well-all-be-cyborgs-by-2030-2015-6 http://tech.163.com/14/1230/08/AEMSEMG600094P0U.html "Nanorobotics Current Approaches and Techniques" edited by Constantinos Mavroidis & AntoineFerreira
Northeastern University "Bio-Nano-Machines for Space Applications" by Constantinos Mavroidis
作者： 謝錦星
現任： 北美智權教育訓練處 研發創新顧問
經歷: 友順科技股份有限公司 技術行銷資深工程師
學歷: 美國紐約州立大學電機工程碩士
專長： 類比IC設計、半導體製程
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