“血液中的納米機(jī)器人可以充當(dāng)免疫系統(tǒng)，摧毀病原體、清除雜物、血栓和腫瘤，甚至糾正DNA錯(cuò)誤、逆轉(zhuǎn)衰老過(guò)程，這樣的醫(yī)療技術(shù)會(huì)使人均壽命每過(guò)一年就延長(zhǎng)一歲，接近‘永生’。那個(gè)‘奇點(diǎn)’就在2045年……”

　　近日，谷歌公司未來(lái)學(xué)家科茲威爾關(guān)于“納米機(jī)器人”的一番論斷引發(fā)熱議。納米機(jī)器人，你可以把它想象成體積非常非常小，小到根本看不到的微型機(jī)器人。它身材雖小，卻擁有超強(qiáng)的能力。從最直接的癌癥治療、藥物遞送、醫(yī)學(xué)成像，到新一代傳感設(shè)備、信息存儲(chǔ)、超導(dǎo)介質(zhì)、軍事武器，該技術(shù)帶來(lái)了無(wú)限的想象空間。有數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)，到2020年，全球納米科技產(chǎn)業(yè)市場(chǎng)將會(huì)增長(zhǎng)到758億美元。

　　我國(guó)科學(xué)家周海中在1990年發(fā)表的《論機(jī)器人》一文中，就曾做出這樣的預(yù)言—到21世紀(jì)中葉，納米機(jī)器人將徹底改變?nèi)祟惖墓ぷ骱蜕罘绞健?/p>

　　從科學(xué)幻想走進(jìn)現(xiàn)實(shí)世界

　　1987年，在美國(guó)上映的科幻大片《驚異大奇航》中，這樣一個(gè)情節(jié)令人印象深刻——科學(xué)家把變微小的人和飛船注射進(jìn)人體，讓這些縮小的“參觀者”直接觀看到人體各個(gè)器官的組織和運(yùn)行情況。

　　這是人類關(guān)于納米機(jī)器人最早的猜想?！凹{米機(jī)器人”的概念是由諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)得主理查德·費(fèi)曼提出的，他認(rèn)為，人類未來(lái)有可能建造一種分子大小的微型機(jī)器，可以把分子甚至單個(gè)原子作為建筑構(gòu)件，在非常細(xì)小的空間里構(gòu)建物質(zhì)。

　　“廣義上來(lái)講，只要在納米尺度能夠進(jìn)行運(yùn)動(dòng)和操作的系統(tǒng)都可以叫做納米機(jī)器人?！北本├砉ご髮W(xué)機(jī)電學(xué)院智能機(jī)器人研究所研究人員王化平指出，第一代納米機(jī)器人是生物系統(tǒng)和機(jī)械系統(tǒng)的有機(jī)結(jié)合體；第二代納米機(jī)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；第三代納米機(jī)器人將包含有納米計(jì)算機(jī)，是一種可以進(jìn)行人機(jī)對(duì)話的裝置。當(dāng)前納米機(jī)器人的研發(fā)工作已從第一代發(fā)展到了第二代，而第三代目前還處于設(shè)想階段。

　　極限環(huán)境，是納米機(jī)器人“施展才華”最重要的舞臺(tái)。比如在高真空、高壓狀態(tài)下的精密操作與機(jī)電組裝，在人體內(nèi)部精密組織中的定點(diǎn)藥物投送、靶向治療，以及在強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、輻射、有毒環(huán)境下的高危作業(yè)等。

　　“納米機(jī)器人的研究每向前推進(jìn)一步，都要克服重重困難?！蓖趸椒治稣f(shuō)，納米機(jī)器人是高度集成的系統(tǒng)，要求具備驅(qū)動(dòng)單元、控制單元、傳感單元，同時(shí)針對(duì)不同功能需要具備對(duì)應(yīng)的工作單元，如靶向治療時(shí)需要的藥物儲(chǔ)存和投送單元等。從現(xiàn)階段來(lái)講，受工業(yè)水平限制，納米機(jī)器人在驅(qū)動(dòng)、控制、傳感反饋等方面都存在研究瓶頸。

　　“盡管如此，納米機(jī)器人無(wú)疑是納米生物學(xué)中最具誘惑力的內(nèi)容。近年來(lái)，國(guó)際國(guó)內(nèi)也取得了很多研究成果?！蓖趸秸f(shuō)。

　　2010年，美國(guó)科學(xué)家研制出一種DNA構(gòu)成的納米蜘蛛機(jī)器人，他們只有4納米長(zhǎng)，比人類頭發(fā)直徑的十萬(wàn)分之一還要小，這些機(jī)器人可以按照DNA的軌跡實(shí)現(xiàn)啟動(dòng)、移動(dòng)、轉(zhuǎn)向和停止等功能，科學(xué)家可以通過(guò)編程來(lái)辨別癌細(xì)胞并且控制納米蜘蛛殺死癌細(xì)胞。驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是納米機(jī)器人“身體”中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，英國(guó)劍橋大學(xué)科學(xué)家近日研制出迄今全球最小的納米發(fā)動(dòng)機(jī)“螞蟻”，它采用光驅(qū)動(dòng)，未來(lái)可應(yīng)用在水中導(dǎo)航裝置、環(huán)境感應(yīng)器及在人體內(nèi)工作的機(jī)器人上。

　　未來(lái)人類的體內(nèi)醫(yī)生

　　想像一下，當(dāng)你感冒時(shí)，不用再打針吃藥，醫(yī)生只需在你血液里植入納米機(jī)器人，機(jī)器人在體內(nèi)探測(cè)出病毒源頭，并到達(dá)病毒所在處“消滅”它……

　　“這并非天方夜譚。讓納米機(jī)器人進(jìn)入人體進(jìn)行血管探測(cè)、去除癌變細(xì)胞、進(jìn)行定點(diǎn)給藥，一直是科學(xué)家們研究的重點(diǎn)。”王化平指出，現(xiàn)在，有許多病情是外科醫(yī)生用手術(shù)刀解決不了的，比如病源可能僅僅是一個(gè)病變細(xì)胞，此時(shí)，外科醫(yī)生的手術(shù)刀根本派不上用場(chǎng)，用藥物治療又會(huì)對(duì)患者的整個(gè)身體產(chǎn)生損傷，納米機(jī)器人“醫(yī)生”便有了用武之地。

　　按照科學(xué)家的設(shè)想，醫(yī)生只需將載有數(shù)以萬(wàn)計(jì)的納米機(jī)器人的藥液注入病人的血管，有導(dǎo)航作用的納米機(jī)器人會(huì)沿路線到達(dá)指定位置，然后開(kāi)展手術(shù)作業(yè)，完成治療后，再沿著人體的消化道排出體外。“這種治療對(duì)人體沒(méi)有損傷，沒(méi)有傳統(tǒng)手術(shù)后的疤痕，副作用很小。若能實(shí)現(xiàn)，將是醫(yī)學(xué)史上里程碑式的巨作。”王化平評(píng)價(jià)。

　　夢(mèng)想并非遙不可及。美國(guó)科學(xué)家研制的納米蜘蛛機(jī)器人，實(shí)驗(yàn)證明可以找到并殺死癌細(xì)胞；我國(guó)中科院沈陽(yáng)自動(dòng)化研究所研制的微納米操作機(jī)器人系統(tǒng)，可在納米尺度上切割細(xì)胞染色體；我國(guó)重慶某研究所研制的“OMOM膠囊內(nèi)鏡系統(tǒng)”，可以鉆進(jìn)人的肚子，把人體內(nèi)的圖像傳到電腦屏幕上……

　　但迄今為止，納米機(jī)器人技術(shù)依然停留在研發(fā)試驗(yàn)階段，一些技術(shù)障礙還有破待解?！白璧K主要在于納米機(jī)器人進(jìn)入人體后的運(yùn)動(dòng)控制，具體來(lái)講包括‘導(dǎo)航’、‘驅(qū)動(dòng)’和‘運(yùn)動(dòng)規(guī)劃’?！蓖趸街赋?，由于納米機(jī)器人體積很小，難以集成視覺(jué)系統(tǒng)、實(shí)時(shí)信息回傳系統(tǒng)和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，所以難以讓操作人員獲取實(shí)時(shí)的導(dǎo)航反饋信息。同樣，難以集成長(zhǎng)期工作的驅(qū)動(dòng)單元，現(xiàn)階段的納米機(jī)器人主要依靠自驅(qū)動(dòng)原理，即通過(guò)人體內(nèi)部體液參與的化學(xué)反應(yīng)等來(lái)提供機(jī)器人在人體內(nèi)部運(yùn)動(dòng)所需的能量和驅(qū)動(dòng)力。最后，由于人體內(nèi)部構(gòu)造復(fù)雜，在血管內(nèi)的納米機(jī)器人受到血液阻力等影響，同時(shí)缺乏實(shí)時(shí)反饋信息，運(yùn)動(dòng)規(guī)劃也不容易實(shí)現(xiàn)。

　　盡管如此，許多工程師、科學(xué)家和醫(yī)生都認(rèn)為，未來(lái)幾年內(nèi)，納米機(jī)器人將會(huì)帶來(lái)一場(chǎng)醫(yī)學(xué)革命，“體內(nèi)醫(yī)生”將在抗癌、去除血塊、清潔傷口、治療痛風(fēng)、粉碎結(jié)石等方面釋放出巨大的潛力。

　　當(dāng)然，納米機(jī)器人在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的價(jià)值并不僅僅體現(xiàn)為終結(jié)疾病?？茖W(xué)家已在探索如何將其運(yùn)用在人類生理機(jī)能的提升方面。納米技術(shù)的前驅(qū)羅伯特·弗雷塔斯設(shè)計(jì)出一款納米機(jī)器人，它可以攜帶90億個(gè)氧分子與二氧化碳分子，為一般紅血球攜帶量的200倍，這一發(fā)明，使得人類在跑步時(shí)，得以全力沖刺15分鐘而并不感到疲憊。就像肌肉組織被納米機(jī)器人拆分并重組，以提供人類超強(qiáng)耐力一樣，在微觀層面上，近視與牙齒也可以得到矯正與改善。

　　谷歌未來(lái)學(xué)家科茲威爾則提出了更加大膽的設(shè)想。他說(shuō)，到2030年，納米機(jī)器人將可以借助無(wú)創(chuàng)的方式進(jìn)入人類大腦，與我們的新皮質(zhì)相連，就像云計(jì)算一樣，這樣一來(lái)，人類將變得更聰明、更幽默。此外，納米機(jī)器人還可以充當(dāng)免疫系統(tǒng)，糾正DNA錯(cuò)誤、逆轉(zhuǎn)衰老過(guò)程，甚至使人類實(shí)現(xiàn)永生。

　　“這些想法聽(tīng)起來(lái)很瘋狂，但事實(shí)上，無(wú)數(shù)科研人員正奮戰(zhàn)在實(shí)驗(yàn)室里，納米機(jī)器人成為‘體內(nèi)醫(yī)生’指日可待?！蓖趸秸f(shuō)。

　　納米機(jī)器人的廣闊舞臺(tái)

　　進(jìn)入21世紀(jì)，科技發(fā)展如火如荼，軍事變革風(fēng)起云涌。各國(guó)的軍事專家普遍認(rèn)為，納米機(jī)器人將決定21世紀(jì)戰(zhàn)爭(zhēng)的面貌和進(jìn)程。

　　“納米機(jī)器人有著非常重要的軍事價(jià)值。人們可以通過(guò)仿生學(xué)技術(shù)將納米機(jī)器人的外形改造成昆蟲、鳥類等小型生物的外觀，充當(dāng)偵察工具，進(jìn)而收集重要情報(bào)?！蓖趸秸f(shuō)，隨著科技發(fā)展，納米機(jī)器人可以做得非常小，達(dá)到“納米塵?！钡臓顟B(tài)，這樣可以通過(guò)無(wú)人機(jī)將這些數(shù)以百萬(wàn)計(jì)的納米機(jī)器人投放到敵人的陣營(yíng)中，從而獲得珍貴的情報(bào)資源，為戰(zhàn)爭(zhēng)勝利奠定基礎(chǔ)。比如美國(guó)的“蜂鳥”機(jī)器人，做得非常逼真，通過(guò)其自帶的傳感器，可以完成偵察兵的任務(wù)。

　　此外，還可以研發(fā)出能堵住人臉、鼻、口、眼的納米微型組件，或能粘住手、腳的納米微型組件等。另外，對(duì)現(xiàn)有的化學(xué)和生物體進(jìn)行改造或研發(fā)出新型的化學(xué)或生物體，把這些化學(xué)或生物體傳播到敵國(guó)之中，將產(chǎn)生巨大的殺傷力。

　　“納米機(jī)器人應(yīng)用到軍事中的優(yōu)勢(shì)主要在于它的尺度效應(yīng)。比如，將合成彈藥的材料封裝到碳納米管等納米級(jí)別的器件中，并由納米機(jī)器人運(yùn)載投送，不易被發(fā)現(xiàn)且威力巨大。”王化平說(shuō)。

　　除了軍事領(lǐng)域，納米機(jī)器人在人類發(fā)展的很多領(lǐng)域?qū)⒋笥凶鳛椤?/p>

　　將大量納米機(jī)器人放入污染水源中，通過(guò)設(shè)計(jì)好的傳感器和程序讓納米機(jī)器人將污染源分解掉，就能解決河流污染問(wèn)題。當(dāng)發(fā)生石油泄漏，若要徹底根除污染，需要耗費(fèi)大量的人力、物力、財(cái)力，但對(duì)納米機(jī)器人而言，它們可以以百萬(wàn)為單位同時(shí)進(jìn)行過(guò)濾清潔作業(yè)，并且能夠以最快速度清除每一個(gè)污染物分子。在霧霾的城市或存在化學(xué)污染的工廠，將納米機(jī)器人投入到大氣中，污染物便很容易被其分解…… “納米機(jī)器人應(yīng)用前景很廣，但因?yàn)榧{米機(jī)器人是一個(gè)高度集成的系統(tǒng)，需要工業(yè)生產(chǎn)各個(gè)領(lǐng)域的水平同時(shí)進(jìn)步以后才能有突破性的進(jìn)展，所以目前該領(lǐng)域可以說(shuō)仍處于朝氣蓬勃、不斷成長(zhǎng)的‘青年’階段。”王化平認(rèn)為。