纳米机器人

纳米机器人前言爱因斯坦曾预言未来科学的发展无非是继续向宏观世界和微观世界进军理查德费曼是继爱因斯坦之后最有争议和最伟大的理论物理学家1959年他在一次题目为在物质底层有大量的空间的演讲中提出将来人类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的原子作为建筑构件在非常细小的空间构建物质这意味着人类可以在最底层空间制造任何东西从分子和原子着手改变和组织分子是化学家和生物学家意欲到达的目标这将使生产程序变得非常简单你只需将获取到的大量的分子进行重新组合就可形成有用的物体但洞察微观世界的秘密需要借助仪器来开拓视野延伸双手纳米科技以空前的分辨率为人类揭示了一个可见的原子分子世界纳米机器人的概念httpbaikebaiducomview1297597htmhttpbaikebaiducomview1194629htm纳米生物学的产生是与扫描探针显微镜SPM即ScanningProbeMicroscope的发明和在生命科学中的应用分不开的生命过程是已知的物理化学过程中最复杂的事情不同于宏观生物学纳米生物学是从微观的角度来观察生命现象并以对分子的操纵和改性为目标的纳米生物学发展时间不长就已经取得了可喜的成绩生物科学家在纳米生物学领域提出了许多富有挑战性的新观念纳米生物学的加工技术可以向生物细胞学习纳米生物学的设想是在纳米尺度上应用生物学原理发现新现象涉及的内容可归纳为以下3个方面在纳米尺度上了解生物大分子的精细结构及其与功能的联系在纳米尺度上获得生命信息纳米机器人的研制纳米机器人是根据分子水平的生物学原理为设计原型设计制造可对纳米空间进行操作的功能分子器件其研制属于分子仿生学的范畴所以纳米机器人也称分子机器人理论上讲纳米机器人是大量原子或分子按确定顺序聚集而成为具有确定功能的微型器件某些情况下能进行纳米尺度微加工或操作的自动化装置也被称之为纳米机器人因此广义上来说纳米机器人可分为生物纳米机器人和进行纳米加工的自动化装置2种纳米机器人是纳米生物学中最具有诱惑力的内容第一代纳米机器人是生物系统和机械系统的有机结合体这种纳米机器人可注入人体血管内进行健康检查和疾病治疗还可以用来进行人体器官的修复工作作整容手术从基因中除去有害的DNA或把正常的DNA安装在基因中使机体正常运行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第三代生物纳米机器人目前还处于设想阶段面临的难题为了让纳米机器人具有实用性需要重点解决三个问题导航动力移动方式导航机制导航可以分为外部导航和机载导航外部导航系统发送探测信号来定位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目的地其他检测方法也包括放射性染料X射线无线电波或热量等机载导航系统内部传感器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光谱传感器能够从周围采样探知周围物体发出的光谱发现所要寻找的部位动力系统可以从两个方面来考虑一种是小到足以放进纳米机器人体内的电池另一种是利用核能将来纳米机器人的动力最有可能是来自外部从周围环境中获取能量移动方式移动方式即推进系统科学家希望从微生物中获取灵感如草履虫可以滑动纤毛在水中活动细菌通过舞动鞭毛可以自由移动纳米机器人也可能通过振动膜的交替收缩和扩张来产生微弱的动力使其移动由于找不到足够小的动能装置来充当纳米机器人的发动机科学家曾经一度认为无法制造出纳米机器人但制造纳米机器人并非都是从零开始自然界中的生物分子是存在的最丰富的构建纳米机器人零件的来源纳米机器人可以利用生物分子自己完成零件组装目前科学家找到了利用精子驱动纳米机器人的方法一个纳米机器人制造成功会拥有生物的DNA还具有自我复制的特性如果输入相关指令由生物分子组成的纳米机器人就可以完成自我复制如果第一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万亿个纳米机器人从一个变为上亿个纳米机器人执行任何任务包括自身复制都必须动用大量的纳米机器血液里可能存在数以百万计的纳米机器人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100亿亿计的纳米机器人同时工作然而没有一个生产线能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第一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数万亿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内建的停止信号纳米机器人忘记停止复制这种灾难的可能后果将会是无法计算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一个发疯的制造食物机器人能够把地球的整个生物圈变成一块巨大的奶酪纳米机器人的作用机理纳米尺度调整杀死变异的癌变细胞通过外部激光器指引精确计算找出辐射超标的癌变细胞利用先进的生物细胞溶解技术将可能病变的细胞溶解成化学分子元素并通过特定传感器系统精确的核查后将细胞组分成功进入健康细胞中完成坏死细胞与成功健康细胞的转换科学家根据分子病理学的原理已经研制出各种各样的可以进入人体微观世界行走的纳米机器人有望用于清除有害物质修复损坏基因激活细胞能量维护人体健康和延长人类寿命医用纳米机器人目前还处在试验阶段大到长几毫米小到直径几微米但可以肯定的是未来几年内纳米机器人将会带来一场医学革命纳米机器人的应用有关专家预言用不了多久个头只有分子大小的神奇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和未来学家周海中在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医疗卫生领域纳米机器人在许多领域都有着广泛的应用其中最重要的就是在医疗卫生领域的应用近年来医用纳米机器人的研发取得不少可喜的成果例如2012年7月美国佛罗里达大学的科学家研制出一种能够100地杀灭丙肝病毒的纳米机器人又如2013年6月日本东北大学的科学家开发成功可以摧毁癌细胞的纳米机器人同年12月韩国全南大学的科学家研发出可对大肠癌乳腺癌胃癌和肝癌等高发性癌症进行诊断和治疗的纳米机器人再如今年4月以色列巴伊兰大学的研究人员成功地用DNA链造出了一种能在活动物体内按照编制的程序执行逻辑操作的医用纳米机器人医用纳米机器人目前仍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未来几年内纳米机器人将会带来一场医学革命美国发明家和未来学家谷歌公司工程总监雷科兹威尔最近在接受华尔街日报采访时指出医用纳米机器人将来把人脑和云脑云计算系统连接起来届时就可以提高人类智力和延长人类寿命让我们期待这一天早日到来军事领域在未来战争中纳米机器人的使用范围非常广泛它既可以采用传统的作战方式如爆破攻击热能攻击动力攻击等等也可以使用新型的作战样式如电磁辐射攻击信息攻击生化攻击等等从杀伤效能来看纳米机器人的威力要高出核武器数倍它能消灭地球表面所有的细菌病毒和微生物甚至整个地球生态圈纳米机器人的出现不仅改变了未来战争的性质和特点而且极有可能成为未来战争的导火索从上世纪中叶开始大国之间凭借核武器逐渐形成了确保相互摧毁的核平衡态势大国之间虽有矛盾但鉴于核武器的恐怖威力谁也不敢发动世界大战因为一旦战争爆发就意味着人类的整体灭亡纳米机器人出现后核武器一夜之间就会变得毫无用处不但打破了大国之间的核均势而且有核国家也无法再用核武器对他国进行威慑和恐吓各国都清楚纳米机器人可在极短的时间内悄无声息的使核武器失去效能变成一堆废铜烂铁纳米机器人是如何消灭或使敌有生力量丧失战斗力的呢首先将纳米机器人应用到传统的武器技术装备中去通过改善其制造材料制作工艺指控系统制导系统运输和储存方式提高传统武器技术装备的战术技术性能加强传统作战手段的杀伤效能其次开发新的人体作战手段和作战方式比如研发出能堵住人脸鼻口眼的纳米微型元件或能粘住手脚的纳米微型元件等等第三对现有的化学和生物体进行改造或研发出新型的化学或生物体并将其注入到人造或杂交的昆虫体内通过昆虫将这些带有杀伤性的化学或生物体传播到敌国军民的身体之中第四纳米机器人在进入敌人身体后可通过自我复制或自我繁殖的方法迅速在敌方阵营中扩散纳米机器人的其他应用设想许多工程师科学家和医生都认为医用纳米机器人有着无限的潜力而其中最有httpbaikebai