纳米机器人的未来——它在不久的未来,会改变人类的生活吗?

浏览:79 发表时间:2020-03-08 16:07:13
因山洪暴发,一群驴友被困山中。干粮早已耗尽,他们又饿又冷,感到支撑不了多久了。幸运的是,有一位驴友想起自己带了一枚纳米机器人储存胶囊,于是他解开行李,将胶囊中细粉一样的纳米机器人撒到脚下的枯枝落叶中。接下来,他用手机对纳米机器人发出指令,使其进行自我复制和食物分子组装。小半天过后,他们眼前的地面上便长出了一层细软如雪、又甜又香的食物,名叫“吗哪”。驴友们感激涕零,捧起食物狼吞虎咽,很快恢复了元气……
上文的故事听起来像天方夜谭,可随着人类对于生物的分子机器仿生学的不断探究和技术上的进步,也许这样的幻想在几十年后就能成为现实。早在2001年1月,美国***纳米研究机构成立,现在,全世界的研究机构都在想方设法将这些幻想变成现实。在未来的世界里,纳米机器人将源源不断地进入人类的日常生活,为我们制造钻石、舰艇、鞋子、牛排,甚至在我们的血液中穿梭,为我们医治疾病。
纳米机器人的未来——它在不久的未来,会改变人类的生活吗?
纳米机器人的未来——它在不久的未来,会改变人类的生活吗?
1959年,美国加利福尼亚理工学院教授理查德费曼向全世界的工程师发出了挑战,他希望有人能够设计出一种可以装入边长为0.4毫米的立方体中的电动机。他的设想是,通过设计和制造这样一种电动机,工程师们能够开发出新的生产方法,最终生产出纳米级别的机器人。1960年,比尔麦克里兰制造出了合乎规格的电动机。虽然麦克里兰的这个电动机是手工制造的,并没有设计出新的生产方法,但费曼还是把奖金授予了他。
现在,人们能够生产的微小元件已经远远小于0.4毫米。比如,有一种大小为1.5纳米左右带开关的传感器,能够计算出化学样品中的特异分子。最近,美国莱斯大学研制了一种由巴基球作为轮子的单分子汽车,它是通过控制环境温度和定位扫描显微镜的针尖驱动的。巴基球是由60个碳原子构成的小球,直径只有1纳米左右。今天,借助于扫描隧道电子显微镜,纳米机械专家已经能将独立的原子排列成自然界从未有的结构;此外,他们还设计出了只有几个分子组成的微小齿轮和马达。
纳米机器人的未来——它在不久的未来,会改变人类的生活吗?
纳米机器人的未来——它在不久的未来,会改变人类的生活吗?
科学家预计,在未来二三十年内,真实的、可以工作的纳米机器人就将问世。这些纳米机器人有微小的手指可以精巧地处理各种分子,有微小的电脑来指挥手指如何操作。手指可能由碳纳米管制造,它的强度是钢的100倍,粗细是头发丝的5万分之一;电脑可能由碳纳米管作为晶体管和导线,也可能由DNA制造。纳米机器人的一个主要优势在于经久耐用,理论上说,它们可以连续工作几十年,甚至几个世纪。由于位移较小,纳米尺度的系统也比大型系统运行得更快。
为了让纳米机器人具有实用性,研究人员需要重点解决三个问题:导航、动力和移动方式。
导航可以分为外部导航和机载导航。外部导航系统可以使用很多不同的方法指示纳米机器人到达正确的位置,其中一种是让纳米机器人发出超声波脉冲信号,使用者通过使用带有超声波传感器的特殊设备来检测信号,从而跟踪纳米机器人的位置,指引它去往正确的目的地。
机载系统也叫内部传感器,同样可能在导航方面发挥重要作用。一个带有化学传感器的纳米机器人可以探测并根据特定的化学物质进行追踪,找到目的地。带有光谱传感器的纳米机器人则能够探知周围物体发出的光谱,发现所要寻找的部位。
纳米机器人的未来——它在不久的未来,会改变人类的生活吗?
纳米机器人的未来——它在不久的未来,会改变人类的生活吗?
尽管有些让人难以置信,但纳米机器人还可能装载微型摄像机。操作员将通过纳米机器人传回的实况图像,指引机器人移动。摄像系统比较复杂,因此可能还需要若干年时间,科学家们才能设计出一套可靠的、能装入纳米机器人中的系统。
和导航系统一样,纳米机器人的动力也可以从内外两个方面来考虑。制造一种小到足以放进纳米机器人体内的电池是有可能的,但这种方式大概没有什么前景。因为电池所能提供的能量与其本身的体积及重量有关,很小的电池不足以保证纳米机器人所需的全部能量。
纳米机器人内部动力的另一种选择是核能。利用核能的想法也许会让人担忧,但是实际上由于纳米机器人极其微小,为其提供动力的核物质是很少的,因此其安全性也容易得到保障。
将来,纳米机器人的动力最有可能来自外部,即从周围环境中获取能量。例如医用纳米机器人可以直接从人体血液获取能量,一个配有电极的纳米机器人利用血液中的电解液就可以变身为一节电池。
***,我们来看看纳米机器人的推进系统。
一些科学家正在研究微生物的推进系统,希望从中获取灵感。例如草履虫可以滑动纤毛,在水中自由活动;一些细菌通过舞动鞭毛,就可以向任意方向自由移动。
纳米机器人的未来——它在不久的未来,会改变人类的生活吗?
纳米机器人的未来——它在不久的未来,会改变人类的生活吗?
纳米机器人还可能通过振动膜的交替收缩和扩张,来产生微弱的动力。对于纳米机器人来说,这种微小的动力已经足够使其移动。
其他发明听起来更加不可思议。人们可以利用电容器来产生磁场,使导电液体从电磁泵的一头喷射到另一头,这种情况下纳米机器人的移动看起来就像一架喷气式飞机。小型的喷气泵甚至可以利用人的血浆来移动纳米机器人。
纳米机器人的未来——它在不久的未来,会改变人类的生活吗?
纳米机器人的未来——它在不久的未来,会改变人类的生活吗?
纳米机器人执行任何任务,都必须动用大量的机器个体协同作战。如果是进行疾病的治疗,可能需要数以百万计的纳米机器人在血液中工作;在每一个有毒废物地点可能需要数以万亿计的纳米机器人;要制造一辆汽车可能要调动数以百亿亿计的纳米机器人同时工作。然而没有一个生产线可以生产如此巨大数量的纳米机器人。
但是纳米科学家眼中的纳米机器可以做到这点。他们设计的纳米机器人可以完成两件事情:执行它们的主要任务和制造出它们自身完美的复制体。如果***个纳米机器人能够制造出两个复制体,这两个复制体每个又可制造出两个自己的复制体,很快就可以获得亿万个纳米机器人。
但是,假如纳米机器人忘记停止复制会发生什么?如果没有一些停止信号,使纳米机器人晓得停止复制,这种灾难的后果将是不堪设想的。纳米机器人在人体内快速复制能够比癌症扩散还要快地布满正常组织;如果制造食物的机器人集体发疯,它们能够把地球的整个生物圈变成一块巨大的奶酪。
纳米技术学家没有回避危险,但是他们相信他们能控制灾难的发生。其中一个办法是设计出一种软件程序,使纳米机器人在复制数代后自我摧毁。另一种办法是设计出一种只在特定条件下复制的机器人,例如只有在有毒化学物质以较高浓度出现时机器人才能复制,或者在一个很窄的温度和湿度范围内才能复制。
就像电脑病毒的传播一样,所有以上这些努力都无法阻止那些不怀好意的人有意释放某种纳米机器人作为害人武器。事实上,一些批评家指出,纳米技术可能的危险要大于它的益处。然而,仅仅这些利益就已经太具诱惑力了,纳米技术必将超过电子计算机和基因制药而成为新世纪的技术发展方向。世界可能会需要一个纳米技术免疫系统,在这个微观系统中,纳米机器人警察将同那些不怀好意的机器人进行不断的战斗。


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