纳米机器完整版本

美国科学杂志《科学》(Science)与美国国家科学基金会(NSF)评选的“2009年科学影像比赛”获奖作品。照片单元的大奖获奖作品《拯救地球！让我们走向绿色》，该作品用电子显微镜拍摄了粗细只有头发的500分之1的塑料纳米纤维聚集在聚苯乙烯球旁的情景。拍摄者是在哈佛大学应用物理学系攻读博士课程的韩国留学生KangSeong-hun和他的同伴们。左边两张照片是入围优秀作品的四幅作品中的一部分。花状的照片是北卡罗莱纳大学(UniversityofNorthCarolina)研究小组的作品，这是在只有一万分之一大小的高分子柱上，掉入人类细胞后，高分子像花一样裂开的情景。威斯康星大学化学家迈克尔-扎克(MichaelZach)在盐样本上掉入一滴水后，用显微镜拍摄到像蝴蝶翅膀一样的幻梦般的图像。Nanobots(NanotechnologyRobots)

制作人：张欢081

纳米机器人“纳米机器人”的研制属于分子仿生学的范畴，它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”。纳米生物学的近期设想，是在纳米尺度上应用生物学原理，发现新现象，研制可编程的分子机器人，也称纳米机器人。合成生物学对细胞信号传导与基因调控网络重新设计，开发“在体”（invivo）或“湿”的生物计算机或细胞机器人，从而产生了另种方式的纳米机器人技术。纳米机器人结构示意图纳米机器人的研制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。纳米技术的大胆应用设想利用纳米机器将获取的碳原子逐个组织起来，变成精美的金刚石；将二氧化物分子重新分解为原来的组成部分；在人血中放入纳米巡航工具，它能自动寻找沉积于静脉血管壁上的胆固醇，然后将它们一一分解；将来纳米机器能够把草地上剪下来的草变成面包……在完全意义上讲，世上每一个现实存在的物体无论是电脑还是奶酪都是由分子组成的在理论上，纳米机器可以构建所有的物体。在研究纳米机器人在人体内的运行情况时，我们最先想到的可能就是它的导航和动力问题。纳米技术专家们正在寻找这些问题的解决方案。每种方案都各有优劣，绝大部分可以分成两类：外部系统和机载导航系统。

导航外部导航系统可能使用很多不同的方法指示纳米机器人到达正确的位置。其中一种是利用超声波信号检测纳米机器人的位置，指引它去往正确的目的地。医生向病人的身体发射超声波信号，信号可能穿过身体，也可能反射回信号源，或者两种情况同时出现。纳米机器人也可以发出超声波脉冲信号，医生通过使用带有超声波传感器的特殊设备来检测信号。机载系统也叫内部传感器，同样可能在导航方面发挥重要作用。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，找到正确的病灶。带有光谱传感器的纳米机器人则能够从周围的组织上采样，对样本进行分析，找到所要寻找的部位。

动力和导航系统一样，纳米技术专家们考虑从内外两方面来为机器人提供动力。一些设计可以让纳米机器人利用患者的身体来产生其所需动力。另一些设计则让机器人自带动力发生装置。还有些设计试图在患者体外，为机器人提供动力。

纳米机器人可以直接从血流获取能量。一个配有电极的纳米机器人利用血液中的电解液就可以变身为一节电池。此外，还可以通过化学物和血液的燃烧反应产生能量。纳米机器人可以携带少量化学物，这些化学物与血液结合，就能变成燃料。

外部供能系统是指纳米机器人通过有形或者无形的连接线与外部相联。这种连接体系通过一根线将机器人和能量源相连。这根线既要很牢固，又要保证在人体内能自由移动，且不会对人体造成伤害。这种连接线可以通过电能或者光能为机器人提供能量。光学系统利用光纤传到光能，再转化成机器人所需的电能。金山公司研制的“胶囊机器人”

医生只需拿着一个手柄，就能指挥胶囊在人体内行走，而今后，胶囊还会长出手脚，直接帮医生做手术。日前，我国企业研发的一款胶囊机器人及相关商业计划，在2010年英国创新科技国际挑战赛上，获得全球总冠军。用纳米技术制造的胶囊机器人腰围11毫米，身高25.4毫米，和大家平时服用的胶囊类似。据悉，胶囊自带传感器、摄像头和微型芯片、无线传输装置，在人体内最多可拍摄5万张图片，从各个角度记录消化道及胃肠的细微病变，供医生诊断参考。患者吞下胶囊后，医生穿上特制背心，背心里有个巴掌大的无线图像接收仪，自动记录胶囊传出的图像。检查完毕，胶囊会自动排出体外。保加利亚科学家日前发明一种用于试管“人工授精”的纳米机器人，可大大提高“人工授精”的效率。这种名为“HYDROMINA”的纳米机器人是由保加利亚科学院机械研究院科学家开发的，它实现了“人工授精”的全自动化，可以在避免细胞膜破裂的情况下精确地将精子注入卵子。纳米机器人的超薄吸液管可以对直径为三万分之一毫米的细胞进行注射。使用这种机器人可以避免许多以往的人为操作失误。据报道，这项发明可使“人工授精”的效率比过去提高100多倍。新型纳米机器人还可用于其他治疗和医学研究，例如对癌细胞进行精确药物注射等。HYDROMINA保加利亚科学院机械研究院的助理教授阿森·舒列夫说，这种新型纳米机器人投入大规模生产还需要一段时间，其单个造价预计为3万欧元。左图是中国科学院化学所的科技人员利用纳米加工技术在石墨表面通过搬迁碳原子而绘制出的世界上最小的中国地图。这幅地图到底有多小呢？打个比方吧，如果把这幅图放大到一张一米见方的中国地图大小的尺寸，就相当于把该幅地图放大到中国辽阔的领土的面积。右图是由碳纳米管制作的纳米齿轮模型。纳米齿轮上的原子清晰可见。最异想天开的用途莫过于将碳纳米管做成太空升降机的缆绳。由于碳纳米管的强度高、重量轻，如果把它做成缆绳，即使缆绳的长度是从太空下垂到地面的距离，它也完全可以经得住自身的重量。到那个时候，人类到外太空旅行将是一件轻而易举的事情右图描述的是一个纳米机器人在清理血管中的有害堆积物。由于纳米机器人可以小到在人的血管中自由的游动，对于象脑血栓、动脉硬化等病灶，它们可以非常容易的予以清理，而不用再进行危险的开颅、开胸手术。画家笔下的一种纳米仿生术机器人。这种称为游荡者的纳米仿生物可以为人体传送药物，进行细胞修复等工作。移动原子--世界上最小的广告右图是科学家