微米和纳米科技材料

神奇的纳米机器人

神奇的纳米机器人

宇宙对于人类来说,是个奇妙的存在,从宏观角度大到无边,从微观角度呢,又小得看不见。从小到大运行都有相似之处。比如原子,尺度小到10^-10米,而且围绕着原子核的电子就像太阳系的各行星一样,中间隔着巨大的空间,原子核只占原子体积的几千亿分之一。在地球上,任何物质都是由原子这个基本元素组成的,原子组成分子,分子组成物质。所以地球上的物质实际上是非常蓬松的状态,平均一个立方厘米才5克多点,而原子被压缩坍塌的中子星,密度却达到10亿吨一立方厘米。我们今天要讨论的是微观世界,但我要说的不是原子,也不是分子,而是介于两者之间的纳米机器人。

我们来认识一下纳米是个什么层次的单位。一个原子大约为0.1个纳米,1毫米为1000微米,1000000纳米。人的一根头发有7000-8000纳米,人体一个红细胞大约有5000纳米左右,一个病毒有几十到几百纳米。组成各种物质的分子有大有小,最小的氢分子只有0.1纳米,大分子却有几十乃至上百纳米。纳米其实就是一个度量单位,但这个单位在微观世界是个承上启下的,引起了人类很大的兴趣。

神奇的纳米机器人

如果把机器做成纳米尺度大小,就可以在微观世界解决很多问题。诺贝尔物理学奖获得者,物理学家理查德.费曼在1959年率先提出了这个设想,他提出用纳米技术制造机器人,为人类治病。几十年过去了,纳米技术的研究开发取得了很大进展。纳米技术实际上就是在分子层面来解决一些无法解决的难题。有望在不久的将来运用到许多方面,人类和这个世界会享受到这个成果的许多好处。

纳米机器人的作用很大,它可以在细胞层面了解能量转化过程及运行机制,从而从根本上了解生命的奥秘;科学家们研制出各种各样的纳米机器人,在人体微观世界游走,既能作为清道夫清除身体的有害物质,又能当修理工,修复损坏基因、激活细胞能量,还能治疗动脉粥样硬化、杀灭癌细胞、杀灭病毒和细菌、去除血块、清理伤口、止血凝血、祛除寄生虫、治疗痛风、粉碎结石、人工受精等等。而且还能在工业、环境等多种领域起到非凡的作用,比如在微米层面镌刻线路和文字,布线埋管等等。这些研究都有了长足的进展,有些已经开始运用。中国在这方面也有良好成就。沈阳自动化所的研究人员操纵“纳米微操作机器人”,在一块硅基片上1×2微米的区域上清晰刻出沈阳自动化所的缩写“SIA”3个英文字母;还做了一个演示,在一个5×5微米的硅基片上,操作者将一个4微米长、100纳米粗细的碳纳米管准确移动到一个刻好的沟槽里。

神奇的纳米机器人

这些纳米机器人虽然很小,但它们最大的能耐是能够自我复制,而且以几何数级快速复制,比如在人的身体里会很快形成巨大的数量,才能完成修复基因等方面的任务。有人担心纳米机器人忘记了停止复制的话,这个世界将会成什么样子。所以科学家们正在设法解决万无一失的控制问题,可能会在纳米机器人中设立一个自毁程序,当复制到一定量的时候,纳米机器人就会自毁。

目前,这些纳米机器人的研制工作仍在实验过程中,还有许多需要解决的问题,比如纳米机器人的动力问题。但这项工作就像现在的基因工程一样,进展很快,就像著名学者周海中教授1990年在《论机器人》一文中预言那样,到二十一世纪中叶,纳米机器人将彻底改变人类的劳动和生活方式。我们期盼着这个科技成果尽快服务人类。

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