對納米技術你了解多少?

2020-09-26 兒童生物工程

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說起納米機器人(nanorobot),我們可能會想到科幻電影中用於修復星際戰艦船體的納米機器人。這些納米機器人能把船體破損的結構拆除、分解、修復,從而減少人們的工作量。也許我們也會想到在血管中穿梭的小小機器人,它們有幾個尖利的爪子,能巧妙躲避著紅細胞、白細胞,然後噴出藥物或切割鑽削消滅病菌,為人類的健康而奔波在血液之中。

愛因斯坦曾預言:「未來科學的發展無非是繼續向宏觀世界和微觀世界進軍。」但洞察微觀世界的秘密,需要藉助儀器來開拓視野、延伸雙手。納米科技以空前的解析度為人類揭示了一個可見的原子、分子世界。如今的21世紀是個生命科學的時代。納米技術與生物醫學結合而形成的納米生物學將是21世紀生命科學的重要組成部分,而納米機器人也將會是納米生物學中最具有誘惑力的成就。

「納米機器人」是機器人工程學的一種新興科技,納米機器人的研製屬於「分子納米技術」(Molecular nanotechnology,簡稱MNT)的範疇。它根據分子水平的生物學原理為設計原型,設計製造可對納米空間進行操作的「功能分子器件」。納米機器人的設想,是在納米尺度上應用生物學原理,發現新現象,研製可編程的分子機器人。合成生物學對細胞信號傳導與基因調控網絡重新設計,開發「在體」或「溼」的生物計算機或細胞機器人,從而產生了另種方式的納米機器人技術。

目前,中國、美國、加拿大、日本等國在納米機器人領域開展富有成效的研究工作。一大批科學工作者和工程師們通過精心設計,已成功將在微米尺度遊動的微納米機器人應用於生物探測、智能載藥、可控藥物釋放、血栓清除、殺死腫瘤細胞、環境汙染物監測、環境治理、微納米組裝等多個領域。

在納米機器人技術的應用過程中,最突出的風險是用於製造納米機器人的納米顆粒的安全性問題。由於納米材料的微小尺度所限,在當前實驗條件下,我們無法像對宏觀物質那樣,對納米材料的各方面性能進行測試。由於對所使用的納米材料缺乏全面的了解,在納米機器人製造過程中所使用的一些納米材料可能會存在著潛在的毒性,危害人們的身體健康。

目前研發的納米機器人屬於第一代,是生物系統和機械系統的有機結合體,這代納米機器人可以注入人體血管內,進行健康檢查和疾病治療;第二代納米機器人是直接從原子或分子裝配成具有特定功能的納米尺度的分子裝置,能夠執行複雜的納米級別的任務;第三代納米機器人將包含有強人工智慧和納米計算機,是一種可以進行人機對話的智能裝置。

美國發明家和未來學家雷·科茲威爾博士在接受新聞媒體採訪時指出:醫用納米機器人將來把人腦和雲腦(雲計算系統)連接起來,屆時就可提高人類智力和延長人類壽命。在軍事領域,人們可以通過仿生學技術將納米機器人的外形改造成昆蟲、鳥類等小型動物的外觀,充當偵察工具,進而收集重要情報。

在環保領域,人們可以將大量納米機器人放入汙染水源中,通過設計好的傳感器和程序讓納米機器人將汙染源分解掉,就能解決水汙染問題。在工業領域,人們可以利用納米機器人製作微米級的晶片,從而減少電子產品內的晶片和電路所佔用空間,能夠讓未來的電子產品變得更微小。

也許用不了多久,個頭只有分子大小的神奇納米機器人將源源不斷地進入人類的日常生活,人類社會將進入極具前景的新時代——納米機器人時代。

中國科學家周海中教授在1990年發表的《論機器人》一文中預言:到21世紀中葉,納米機器人將徹底改變人類的工作和生活方式。

你是否期待著納米機器人時代的到來呢?

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