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纳米机器人:小个头有大作为

导读: 近日,谷歌公司未来学家科兹威尔关于“纳米机器人”的一番论断引发热议。纳米机器人,你可以把它想象成体积非常非常小,小到根本看不到的微型机器人。它身材虽小,却拥有超强的能力。从最直接的癌症治疗、药物递送、医学成像,到新一代传感设备、信息存储、超导介质、军事武器,该技术带来了无限的想象空间。

  “血液中的纳米机器人可以充当免疫系统,摧毁病原体、清除杂物、血栓和肿瘤,甚至纠正DNA错误、逆转衰老过程,这样的医疗技术会使人均寿命每过一年就延长一岁,接近‘永生’。那个‘奇点’就在2045年……”

  近日,谷歌公司未来学家科兹威尔关于“纳米机器人”的一番论断引发热议。纳米机器人,你可以把它想象成体积非常非常小,小到根本看不到的微型机器人。它身材虽小,却拥有超强的能力。从最直接的癌症治疗、药物递送、医学成像,到新一代传感设备、信息存储、超导介质、军事武器,该技术带来了无限的想象空间。有数据预测,到2020年,全球纳米科技产业市场将会增长到758亿美元。

  我国科学家周海中在1990年发表的《论机器人》一文中,就曾做出这样的预言—到21世纪中叶,纳米机器人将彻底改变人类的工作和生活方式。

纳米机器人

  从科学幻想走进现实世界

  1987年,在美国上映的科幻大片《惊异大奇航》中,这样一个情节令人印象深刻——科学家把变微小的人和飞船注射进人体,让这些缩小的“参观者”直接观看到人体各个器官的组织和运行情况。

  这是人类关于纳米机器人最早的猜想。“纳米机器人”的概念是由诺贝尔物理学奖得主理查德·费曼提出的,他认为,人类未来有可能建造一种分子大小的微型机器,可以把分子甚至单个原子作为建筑构件,在非常细小的空间里构建物质。

  “广义上来讲,只要在纳米尺度能够进行运动和操作的系统都可以叫做纳米机器人。”北京理工大学机电学院智能机器人研究所研究人员王化平指出,第一代纳米机器人是生物系统和机械系统的有机结合体;第二代纳米机器人是直接从原子或分子装配成具有特定功能的纳米尺度的分子装置;第三代纳米机器人将包含有纳米计算机,是一种可以进行人机对话的装置。当前纳米机器人的研发工作已从第一代发展到了第二代,而第三代目前还处于设想阶段。

  极限环境,是纳米机器人“施展才华”最重要的舞台。比如在高真空、高压状态下的精密操作与机电组装,在人体内部精密组织中的定点药物投送、靶向治疗,以及在强酸、强碱、辐射、有毒环境下的高危作业等。

  “纳米机器人的研究每向前推进一步,都要克服重重困难。”王化平分析说,纳米机器人是高度集成的系统,要求具备驱动单元、控制单元、传感单元,同时针对不同功能需要具备对应的工作单元,如靶向治疗时需要的药物储存和投送单元等。从现阶段来讲,受工业水平限制,纳米机器人在驱动、控制、传感反馈等方面都存在研究瓶颈。

  “尽管如此,纳米机器人无疑是纳米生物学中最具诱惑力的内容。近年来,国际国内也取得了很多研究成果。”王化平说。

  2010年,美国科学家研制出一种DNA构成的纳米蜘蛛机器人,他们只有4纳米长,比人类头发直径的十万分之一还要小,这些机器人可以按照DNA的轨迹实现启动、移动、转向和停止等功能,科学家可以通过编程来辨别癌细胞并且控制纳米蜘蛛杀死癌细胞。驱动系统是纳米机器人“身体”中的关键环节,英国剑桥大学科学家近日研制出迄今全球最小的纳米发动机“蚂蚁”,它采用光驱动,未来可应用在水中导航装置、环境感应器及在人体内工作的机器人上。

纳米蜘蛛机器人

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