納米機器人（納米尺度上可編程的分子機器人）

納米機器人（納米尺度上可編程的分子機器人）

納米機器人 （納米尺度上可編程的分子機器人） 次瀏覽 | 2022.05.07 08:08:02 更新 來源 ：互聯網 精選百科 本文由作者推薦 納米機器人納米尺度上可編程的分子機器人

“納米機器人”的研制屬于分子仿生學的范疇，它根據分子水平的生物學原理為設計原型，設計制造可對納米空間進行操作的“功能分子器件”。納米生物學的近期設想，是在納米尺度上應用生物學原理，發現新現象，研制可編程的分子機器人，也稱納米機器人。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”（in vivo）或“濕”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。

中文名

納米機器人

英文名

Robot

范疇

仿生學

大小

幾納米到幾微米

產生背景1959年

率先提出納米技術的設想是諾貝爾獎得主理論物理學家理查德-費曼。他率先提出利用微型機器人治病的想法。用他的話說，就是“吞下外科醫生”。理查德·費恩曼在一次題目為《在物質底層有大量的空間》的演講中提出：將來人類有可能建造一種分子大小的微型機器，可以把分子甚至單個的原子作為建筑構件在非常細小的空間構建物質，這意味著人類可以在最底層空間制造任何東西。

從分子和原子著手改變和組織分子是化學家和生物學家意欲到達的目標。這將使生產程序變得非常簡單，只需將獲取到的大量的分子進行重新組合就可形成有用的物體。

在1959年的演講《在底部有很多空間》中，他提出納米技術這一想法。雖然沒有使用“納米”這個詞，但他實際上闡述了納米技術的基本概念。

1990年

我國著名學者周海中教授在《論機器人》一文中預言：到二十一世紀中葉，納米機器人將徹底改變人類的勞動和生活方式。

2010年

7月1日，美國密西西比州的灣港，墨西哥灣“深水地平線”號的漏油被沖上海岸。在應對漏油事故等環境災難方面，納米機器人的效率遠超過傳統方式。

應用領域納米機器人中國應用

中國人也可以像擺棋子一樣擺弄原子了。記者從中科院獲悉，一臺能夠在納米尺度上操作的機器人系統樣機由中國科學院沈陽自動化所研制成功，并通過了國家“863”自動化領域智能機器人專家組的驗收。

在一個演示中，沈陽自動化所的研究人員操縱“納米微操作機器人”，在一塊硅基片上1×2微米的區域上清晰刻出“SIA”3個英文字母（沈陽自動化所的縮寫）；另一個演示顯示，在一個5×5微米的硅基片上，操作者將一個4微米長、100納米粗細的碳納米管準確移動到一個刻好的溝槽里。

測試顯示，在刻畫操作中，這臺納米微操作機器人在512個像素寬度的顯示區域里，重復定位誤差小于5個像素，精度達1%以上；在移動納米碳管的操作中，重復定位精度達到30納米；而在基于路標的定位測試中，其定位誤差小于4納米。專家解釋，1納米是10^-9米，大約等于10個氬原子并列成一條直線的長度。

在納米尺度上的操作，被稱為“納米微操作”，是納米技術的重要內容，其目的是在納米尺度上按人的意愿對納米材料實現移動、整形、刻畫以及裝配等工作。納米微操作始于20世紀80年代，IBM的科學家1989年利用掃描式隧道顯微鏡（STM）操作35個氙原子在鎳金屬表面拼出I－B－M三個字母，成為轟動世界的新聞，開了納米微操作先河。從此，納米操作技術作為一個重要的戰略發展方向吸引各國競相展開研究。

該項目研究人員介紹，這臺機器人系統在納米尺度下的系統建模方法、三維納觀力獲取與感知及誤差分析與補償方面有很多突破與創新，都達到世界先進水平。據介紹，這種納米微操作機器人可廣泛應用于納米科學實驗研究、生物工程與醫學實驗研究、微納米科研教學等領域。如生物學研究領域中，使用納米微操作機器人可完成對細胞染色體的切割操作；也可在DNA或分子水平上進行生化檢測及病理、生理測試實驗研究。

此外這種機器人在IC工業中納米器件的裝配與加工方面也有良好的應用前景，如可以利用它操作納米微粒，裝配微/納米電子器件，甚至復雜的納米電路。這意味著，未來利用納米電路制成的電腦和家用電器，可以“想要它有多小，就能做多小”，甚至可以“塞進牙縫”；而未來利用納米操作技術制作的微型機器人，也可以鉆入人體替病人疏通血管，或在肉眼看不見的微觀世界里，完成人們自己不可能完成的任務。

國外應用

在美國科幻大片《驚異大奇航》中，科學家把變小的人和飛船注射進人體，讓這些縮小的“參觀者”直接觀看到人體各個器官的組織和運行情況。然而在現實中，科學家根據分子病理學的原理已經研制出各種各樣的可以進入人體的納米機器人，有望用于維護人體健康。

目前還處在試驗階段，大到長幾毫米，小到直徑幾微米；但可以肯定的是，未來幾年內，納米機器人將會帶來一場醫學革。

許多工程師、科學家和醫生都認為，醫用納米機器人有著無限的潛力——而其中最有可能的包括：治療動脈粥樣硬化、抗癌、去除血塊、清潔傷口、幫助凝血、祛除寄生蟲、治療痛風、粉碎腎結石、人工授精以及激活細胞能量，使人不僅保持健康，而且延長壽命。

具體實例新型DNA納米機器人

如今，世界各地的科學家們正在研究未來“納米工廠”的新技術。他們希望納米機器人總有一天會被用于分析生化樣品或生產活性醫藥劑。

這些分子機器尚未部署大規模迄今為止的唯一原因是，它們太慢了。即使是現行的運動設計，在分子的組合上可能就會花費好幾個小時，這使得DNA機器在追求“時效性”的情況下不太實用。

近日，慕尼黑工業大學（TUM）的科學家開發出一種新型的電推進技術。科學家基于分子研發出一種DNA納米機器，具體來說，是一只手臂。當技術發展成熟后，它就可以被用于完成“即時任務”。

研究人員發現，他們可以利用DNA分子的電荷從而快速、準確地移動手臂，使之受到電脈沖的控制移向正確的方向，DNA納米機器人通過電場可使得機器速度比之前快10萬倍，甚至可以在幾毫秒內作出反應。

當看到DNA機器人執行一連串動作時，你可以想象這背后是納米工廠“數百萬”分子們共同協作的成果。

此外，在許多方面，這種新方法使DNA納米機器變得實用。其中包括把復雜的分子（比如醫藥）拼湊在一起、識別微小的物質等等，具有很廣泛的應用場景。[1]

注射進入人體

西媒稱，美國賓夕法尼亞大學和康奈爾大學的研究人員利用最新的納米技術，在幾個星期內創造出了一支數以百萬計納米機器人組成的大軍。

西班牙《阿貝賽報》網站3月10日報道稱，幾位科研人員在本周于波士頓舉行的美國物理學會會議上展示了他們這一科研成果。

報道介紹，這一設計基于一種納米制造技術，利用該技術能夠在幾周內將長約10厘米的硅晶片變成數百萬個機器人。每個納米機器人長約70微米（約為人類頭發的厚度），機器人的身體由超薄的矩形骨架構成。

機器人頂部覆蓋有薄薄的硅層，研究人員在其中安裝了機器人的“大腦”等“組織器官”：電子控制元件和微型太陽能電池。它們的腿由鉑和鈦的雙層結構或石墨烯制成，寬度僅相當于100個原子。

“當我還是個孩子的時候，我記得在顯微鏡下觀察到，發生了很多不可思議的事情，”研究人員在一份聲明中說，“現在我們正在創造一些這類東西。我們不僅能看到，事實上還可以控制它們”。

報道稱，這些納米機器人具有幾項令人難以置信的功能。它們能在沒有任何電線的情況下接收能量，可以行走并且能夠在惡劣的環境條件下生存。此外，它們足夠微小，可以通過皮下注射進入人體。

這么小的機器人怎么能做到這一切呢？訣竅在于，研究人員向機器人的太陽能電池上發射激光，為其供電，隨后鉑會膨脹而鈦保持剛性，導致腿部收縮。太陽能電池引起前腿和后腿的交替收縮或放松，機器人因此產生行走的步態。

報道指出，這些研究人員已經在努力創造能力更強大的納米機器人，它們將配有傳感器、計時器和控制系統。

目前，這一研究的主要障礙是找到新的能量來源，因為任何比指甲厚的織物都會導致無法通過激光控制機器人。研究人員打算研究如何通過磁場和超聲波驅動這些機器人，使它們能夠在人體內部工作，例如按需輸送藥物。[2]

參考資料