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厉害了!纳米机器人

来源:《看世界》 编辑:黄晓秋 时间:2019-04-29

近日,美国宾夕法尼亚大学和康奈尔大学的研究人员利用最新的纳米技术,在几个星期内创造出了一支由百万计纳米机器人组成的大军。研究人员向机器人的太阳能电池上发射激光,为其供电,随后铂会膨胀而钛保持刚性,导致机器人腿部收缩。太阳能电池引起前腿和后腿的交替收缩或放松,机器人因此产生行走的步态。这支大军能够在人体内部工作,例如按需输送药物和维护身体健康。

同期,加拿大多伦多大学的研究人员,也开发出一种由电磁驱动的纳米机器人。这种纳米机器人可以阻塞肿瘤血管,从而“饿死”癌细胞或直接破坏癌细胞,未来有望为化疗、放疗和免疫疗法无效的癌症患者提供一种新疗法。有关专家指出,随着科技的发展,尤其是纳米技术的进步,纳米机器人将发挥越来越重要的作用。

由 来

“纳米机器人”(nanorobots)的概念,最早是由美国物理学家、诺贝尔奖获得者理查德·费曼教授于1959年提出的。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。这意味着,人类可以在底层空间制造任何东西。

纳米机器人技术在当时只是一种科学幻想,但如今已出现在现实世界。它是机器人工程学里的一种高新科技,其研制属于“分子纳米技术”的范畴。它根据分子水平的生物学原理,设计、制造可对纳米空间进行操作的“功能分子器件”。

纳米机器人的设想,是在纳米(一纳米等于十亿分之一米)尺度上应用生物学原理,研制可编程的分子机器人(也称“细胞机器人”或“DNA机器人”)。导航系统和驱动方式是纳米机器人研制中的两大难题,因此,每向前推进一步都要克服重重困难。

目前研发的纳米机器人属于第一代,是生物系统和机械系统的有机结合体,这代纳米机器人可以注入人体血管内,进行健康检查和疾病治疗;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,这一代机器人能够执行复杂的纳米级别的任务;第三代纳米机器人将包含强人工智能和纳米计算机,是一种可以进行“人机对话”的智能装置。

由于纳米机器人是当今高新科技的前沿热点之一,不少国家纷纷制定相关战略或者计划,投入巨资抢占技术战略高地。

医 用

许多专家认为,当前最重要、最迫切的就是纳米机器人在医疗领域的应用。医用纳米机器人可以注入人体血管内,进行血管养护、精准给药、器官修复等,还可从基因中除去有害的DNA。在可预见的未来,被视为当今疑难病症的癌症、艾滋病、高血压等,都将迎刃而解;届时,人类将会减少疾病所带来的痛苦,人的寿命也将得到延长。

最近几年,医用纳米机器人的研发取得不少可喜的成果。例如2017年8月,英国杜伦大学、美国莱斯大学和北卡罗萊纳州立大学的科学家,研发出一种被光激活的纳米机器人。被光激活后,这种纳米机器人可以在数分钟内钻入癌细胞并杀死它们。

2018年3月,中国国家纳米科学中心与美国亚利桑那州立大学合作,实现了纳米机器人在活体(小鼠和猪)血管内稳定工作并高效完成定点药物输运功能。这项成果被评为2018年度“中国科学十大进展”之一。

值得指出的是,医用纳米机器人目前尚处于研发试验阶段,还未能进入临床实用阶段,但可以肯定的是,在不久的将来,它将会给生物医学带来巨大变革。

前不久,美国发明家及未来学家雷·科兹威尔博士在接受采访时指出:医用纳米机器人将会把人脑和云脑(云计算系统)连接起来,届时就可提高人类智力和延长人类寿命。另外他还认为,到2030年,纳米机器人将定居在人体内,随着血液循环遍布人体,成为人机融合的一部分。

以色列历史学家及未来学家尤瓦尔·赫拉利教授在《未来简史》一书中也认为,可以在血管中放进500万个纳米机器人,这些机器人的作用就是即时监测人体的异常。

军 用

地区形势风起云涌,到底什么科技能够像核武器一样,对未来军事产生革命性的影响?美国物理学家、“氢弹之父”爱德华·泰勒教授,早在20世纪80年代就预言:哪个国家率先掌握纳米机器人技术,就一定会在21世纪的世界军事领域里占据主导地位。

前不久,俄罗斯军事专家伊万·契奇科夫少将也预言:军用纳米机器人离我们的战场并不遥远,它们在世界范围内将引领一场真正意义的战争革命,同时将推进作战模式、作战理念、作战方法的根本改变。据军事问题专家推算,军用纳米机器人预计到2025年就会研制成功。

美国、俄罗斯、以色列等军事大国,正在积极进行军用纳米机器人的研发,并已成功研制出数十种纳米机器人用的元器件。纳米机器人“部队”将在一些实验室或生产线上整装待发。军用纳米机器人不仅可用于进攻,还可用于防御,而且防御的效能要远远强于其进攻的效能。美国军事专家约翰·亚历山大博士就认为,军用纳米机器人将承担越来越多的任务,尤其是参与战略防御,为战略进攻创造条件。

军用纳米机器人还可以用来提高各种装备的性能,其中包括远程通信、头盔式显示屏等。未来的军事力量及未来的战争,都将越来越取决于一个国家在新式武器研发中的科技含量。那种完全依靠人海战术的战争将一去不复返。因此,军事问题专家认为,军用纳米机器人将决定21世纪战争的面貌和进程。

前 景

除了医疗和军事领域,纳米机器人在工业、农业、环保等领域的应用前景也非常广阔。例如在工业领域,人们可以利用纳米机器人制作微米级的芯片,从而减少电子产品内的芯片和电路所占用空间,让未来的电子产品变得更微小更有效。

在农业领域,人们可以利用纳米机器人制作叶绿体,使其成为制造粮食的分子机器。模仿叶绿体制造的纳米机器人,将可能直接利用太阳能制造食物,创造新概念农业。

在环保领域,人们可以将大量纳米机器人放入被污染的水源,通过设计好的传感器和程序,让纳米机器人将污染源分解掉,从而解决水污染问题。可以说,纳米机器人不仅能给社会带来重大变化,也给人们带来无限广阔的想象空间。

有关专家预言:用不了多久,个头只有分子大小的神奇而实用的纳米机器人,将源源不断地进入人类的日常生活。中国科学家及未来学家周海中教授,在1990年发表的《论机器人》一文中甚至预言: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。

毫无疑问,利用纳米机器人造福人类,是科学家们追逐的一个伟大梦想。

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