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科學咖啡館:人類會進入納米機器人時代嗎?

科學咖啡館

人類會進入納米機器人時代嗎?

說起納米機器人,人們可能會想到好萊塢大片《鋼鐵俠3》:反派試圖通過納米機器人傳播病毒,然後控制全人類。

納米機器人的概念最早是由美國物理學家、諾貝爾獎獲得者理查德·費曼教授在1959年提出的。他認為,未來人類有可能造出分子大小的微型機器,可以用分子甚至單個原子作為建築構件,在非常小的空間裏建造物質。這意味著人類可以在底部空間制造任何東西。

納米技術在當時只是壹個科學幻想,但現在它已經出現在現實世界中。

廣義來說,任何可以在納米尺度(壹納米等於十億分之壹米)上移動和操作的系統都可以被稱為納米機器人。納米機器人是納米生物學中最吸引人的內容,也是當今高科技的前沿熱點之壹。因此,許多國家都制定了納米機器人相關的戰略和計劃,投入巨資搶占納米機器人的戰略高地。

目前開發的納米機器人屬於第壹代,是生物系統和機械系統的有機結合。這壹代納米機器人可以註射到人體血管中進行健康檢查和疾病治療。第二代納米機器人是由原子或分子直接組裝而成的具有特定功能的納米級分子器件,可以執行復雜的納米級任務;第三代納米機器人將包含強人工智能和納米計算機,是壹種可以進行人機對話的智能設備。

順帶壹提,2016諾貝爾化學獎頒給了三位科學家,以表彰他們在“分子機器中的設計與合成”方面的貢獻。

許多專家強調,目前最重要和最緊迫的是納米機器人在醫療領域的應用。醫用納米機器人可以註射到人體血管中,用於血管維護、健康檢查、精確給藥、疾病治療和器官修復,還可以去除基因中的有害DNA,或者在基因中安裝正常DNA,使身體正常運行。在可預見的未來,今天被視為疑難病的癌癥、艾滋病、高血壓將得到解決;屆時,人類將減少疾病帶來的痛苦,延長生命。可見納米級機器人是醫療領域的福音。

近年來,醫用納米機器人的研發取得了許多可喜的成果:

2013年6月,日本東北大學的科學家開發了壹種由生物化學驅動的納米機器人,可以破壞癌細胞。

2017年8月,來自杜倫大學、萊斯大學和北卡羅來納州立大學的科學家開發了壹種由光激活的納米機器人:當被光激活時,這種納米機器人可以鉆入癌細胞,並在幾分鐘內將其殺死;

2018-1,德國慕尼黑工業大學的科學家開發了壹種由電場驅動的高效納米機器人,用於醫療診斷和藥物開發。

不久前,來自德國馬普學會智能系統研究所、中國哈爾濱工業大學和丹麥奧胡斯大學的研究人員開發了壹種表面潤滑的螺旋磁性納米機器人,並首次實現了納米機器人繞過眼球表面到達視網膜,而不會對組織造成損傷。

值得指出的是,醫用納米機器人仍處於研發階段,尚未進入臨床實用階段。但可以肯定的是,在不久的將來,納米機器人將給生物醫學帶來巨大的變革。不久前,美國發明家雷·科斯威爾博士在接受新聞媒體采訪時指出,未來醫用納米機器人將把人腦與雲腦(雲計算系統)連接起來,從而提高人類智力,延長人類壽命。此外,他還指出,到2030年,納米機器人將落戶人體,成為人機壹體化的壹部分,血液循環遍布人體。

除了醫療領域,納米機器人在其他領域也有廣闊的應用前景。

在工業領域,人們可以利用納米機器人制造微米級的芯片,從而減少芯片和電路在電子產品中所占的空間,使未來的電子產品變得更小;人們可以利用納米機器人探測甚至改變油藏的特性,從而突破現有技術在采油方面的局限性,提高油氣采收率和原油采收率。

在環保領域,人們可以將大量的納米機器人投入到受汙染的水源中,通過設計的傳感器和程序,納米機器人可以分解汙染源,從而解決水汙染問題。

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、鳥類等小動物的外形,充當偵察工具,收集重要信息。

可以說,納米機器人不僅給社會帶來了巨大的變化,也給人們帶來了無限的想象空間。

需要指出的是,高科技是壹把雙刃劍,納米機器人也不例外,尤其是用在軍事領域的時候。目前,美國、英國、德國、日本、以色列等國家已經開始從倫理、法律、社會等角度研究納米機器人的風險和安全性。

有專家預測,用不了多久,只有分子大小的神奇納米機器人將繼續進入人類日常生活,人類社會將進入壹個前景廣闊的新時代——納米機器人時代。中國科學家周海中教授在1990發表的關於機器人的文章中預言,到20世紀中葉,納米機器人將徹底改變人類的工作和生活方式。

這壹幕可以等,未來可期。

(作者是日本東北大學工學部研究員)

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