微型機器人形狀設計
生物體的形狀有他生活和存在環境的影響，例如說魚在水中游，他的身型就是一個適合水中運動的最好幾何形狀；而鳥在天上飛，當然翅膀和羽毛等設計也是天然利於他的最佳設計。如果我們要設計一個在人體的體液內遊走的微型機器人，這個機器人呈現魚的形狀，會是最好的設計嗎?
為什麼要有微型機器人
先說說為什麼科學家想要設計微型機器人，一是想要利用微型機器人，在人體內做ㄧ些人類做不到的事情，再者也希望藉由在人體內置入微型機器人，能減少侵入式的治療。之前生醫人網摘介紹過這種醫療用微型機器人，有用來釋放藥物的、打血栓的，甚至是在腸道內採樣的。而這些設計的動力來源，一為外加磁場，另外就是化學反應；還有就是這些機器人非常小，大小在微米(μm)等級，先不論內在結構如何，製造上就是很大的挑戰，如果要進一步攜帶藥品或者奈米顆粒，進入人體反應，那麼該怎麼把這些藥品置入機器人體內呢?以上各種問題，拜3D列印的精密數位技術之賜而有了新的突破。
微米機器魚
首先若能用3D列印技術印出來，那麼這個微型機器人的形狀，就可以任意修改，設計出有利運動的最佳外型，而不用擔心要使用昂貴的模具。美國「加州大學聖地牙哥分校」(UC San Diego)正應用這個技術，列印出各種複雜和仿生物的形狀後，設計出微型機器人。以魚的形狀為例，在魚的尾巴置入「白金」(platinum)奈米顆粒，這種顆粒會和環境中的「過氧化氫」(hydrogen peroxide)反應，進而推動前進；而在魚頭置入「氧化鐵」(iron oxide)奈米顆粒，即能用磁鐵導引這個微米機器魚行進的方向(點這裡看圖片)。而在魚的身體，嵌入能中和毒性的「聚二乙炔」(polydiacetylene, PDA)奈米顆粒，它是一種能夠抓取有害的毒性物質，像是蜂毒的奈米顆粒。當PDA和毒性分子結合，會呈現紅色螢光，還很方便觀察。整個魚型的大小，不及頭髮粗細的一半。整個設計，考慮到幾何形狀、動力、導引以及攜帶物質各個方面，也就是功能上的應用。
3D列印+奈米顆粒
這個3D列印技術，稱作「微型連續狀光學印刷」(microscale continuous optical printing, μCOP)，為加州大學聖地牙哥分校的研究團隊所研發的。列印快速，精準，同時能放大縮小。只需要在幾秒內，研究員就能列印出幾百個120微米長和30微米厚的微型魚。μCOP的主要技術在一個包含有兩百萬個微小鏡子(micromirrors)的「陣列晶片」(digital micromirror array device, DMD)，每一個微小鏡子各自控制其射出紫外線到光感材質上，並固化材料。微型魚就是以這種光感材料一層層列印出來，以在列印過程中，能夠嵌入奈米顆粒。而因為3D列印為數位化列印，所以可以任意更改要列印物體的幾何形狀，好比說列印魟魚或鯊魚的形狀。
以這個研究成果來看，這個微型機器人的設計概念和製作流程，已經相當成熟，且有彈性。未來如何能創造更多新的應用，如何設計得更精密，將會是另一階段的挑戰。
文章參考：UC San Diego
圖片來源：istolethetv@Flickr CC BY 2.0
原文參考：Advanced Materials
