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往常咱們看到一輛貨車，它能裝運幾十噸的貨品，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超越了咱們?nèi)祟愃艿诌_(dá)的力氣。正是有了各種大型機械，咱們?nèi)祟惒鸥砷_山洞、筑大壩、架大橋、建樓房，才干有咱們今日五光十色的物質(zhì)文明?？墒沁@些機器盡管力氣很大，它們也有缺乏。假如你讓這些機器每次轉(zhuǎn)移幾個原子它們或許無法做到，因為它們本身比原子大得太多了。可是，蓬勃開展的納米技能正在盡力制作這樣的機器。

你可曾想過運用納米機器將可以一次一個原子地制作鉆石嗎？從表面上看，這樣的說法不實際：某一項技能的用處多得令人難以置信，它可以醫(yī)治疾病，推遲變老，鏟除體內(nèi)廢物，添加人類的食物供應(yīng)，分化各種廢物，為你清掃房間，消除害蟲。并且，這僅僅開端?？墒沁@恰恰便是納米技能支撐者猜測可以完結(jié)的實際，乃至是或許在21世紀(jì)上半葉完畢之前就變成實際的預(yù)言。

盡管有關(guān)納米技能的主意聽起來很難了解，但它的確歸于干流科學(xué)，遍及全世界的實驗室都在設(shè)法使其發(fā)揮作用。事實上，早在1959年，被以為是愛因斯坦之后具有最高才智的理論物理學(xué)家理查德·費曼宣布了一個題為《底部有很大空間》的說話，在說話中他說到或許有一天人們會造出幾千個原子組成的微型東西。

這樣一臺機器的優(yōu)點有許多。它可以運用分子乃至是單個原子作為根本構(gòu)件，建造規(guī)劃最小的建筑工程。這就意味著人類可以從零開端制作簡直任何東西。因為化學(xué)和生物學(xué)說到底便是分子結(jié)構(gòu)的改動和原子重排，而制作只不過是集合很多原子并使它們組成有用物品的進(jìn)程。

事實上，每個細(xì)胞都是活生生的納米機器的比如。它們不只可以將營養(yǎng)轉(zhuǎn)變成能量，還能根據(jù)DNA上的信息制作并輸出蛋白質(zhì)和酶。

可是，因為細(xì)胞各自具有固有的功用，運用生物技能制作納米機器很受約束。而納米技能的猜測者們卻有許多雄心壯志的主意。想象中的一種納米機器可以把天然碳分子逐一擺放，制成白璧無瑕的鉆石；另一種機器可將有毒物質(zhì)的分子逐一分化；一種可以在人體血液中運動的設(shè)備，它能發(fā)現(xiàn)并分化血管壁上堆積的膽固醇：還有一種設(shè)備可將剪下的雜草改構(gòu)成面包。事實上，世界上從電腦到轎車的每一件什物都是由分子或原子組成的，而納米機器原則上可以制作出一切這些物品。

當(dāng)然，從理論到實踐是一個恰當(dāng)艱巨和困難的進(jìn)程。可是，納米科學(xué)家和工程師們現(xiàn)已證明，可以運用掃描地道電子顯微鏡等東西移動原子單個，使它們構(gòu)成在自然界中永久不或許存在的擺放辦法，份額為百億分之一的世界地圖，或一把琴弦只要50納米粗的亞顯微鏡吉他。他們還規(guī)劃了由幾兆塌塵十個分子構(gòu)成的微型齒輪和發(fā)動機。

納米技能的專家希望在25年內(nèi)逾越這些科學(xué)的猜測，制作出真實的、有用的納米機器，這些機器具有可以操作分子的微型“手指”和指揮這些手指怎么尋覓、怎么改造所需原資料的微型電腦。這些手指完全可以由碳納米管制成。碳納米管是1991年發(fā)現(xiàn)的一種管狀的碳結(jié)構(gòu)，其強度是鋼的100倍，直徑只要頭發(fā)的5萬分之一。

納米機器中電腦也可以由納米管制成，納米管既可以用做晶體管，也可以用做接晶體管的導(dǎo)線。電腦也可以由DNA制成，經(jīng)過改動這些DNA的結(jié)構(gòu)，可以使其履行人為的指令。假如裝備了恰當(dāng)?shù)能浖?，并具有充沛的靈活性，納米機器人可以制作任何東西。

納米機器人

咱們平常常見的機器和東西，最小可以抵達(dá)的程度，是以咱們的肉眼可以看見的外形為根據(jù)的。1986年，美國福賽特研討所的德雷克斯勒博士在自己的作品《創(chuàng)世的引擎》中提出了分子納米技能的概念。他所說的分子納米技能，便是使組合分子的機器有用化；然后可以恣意組合一切品種的分子，并可以做出任何品種的分子結(jié)構(gòu)。僅就他發(fā)起的分子納米技能來說，這往后并未取得重大發(fā)展。他的觀念是，微型機器可以運用自然界中存在的一切廉價資料制作任何東西。這種觀念在專家的談?wù)撝谐尸F(xiàn)，顯得太古怪了。但從另一個視點看，他卻提示了一個人類在21世紀(jì)中將會大規(guī)劃進(jìn)軍的范疇——微觀機器人范疇。

自機器人世世以來，人們已共同公認(rèn)機器人是“解放人類的東西”。那么，什么樣的機器才稱得上是機器人呢？一般說來，機器人是指靠本身動力并有操控衫數(shù)才能來完結(jié)各種功用的一種機器。聯(lián)合國規(guī)范化安排選用了美族禪國機器人協(xié)會給機器人下的界說：“一種可編程和多功用的，用來轉(zhuǎn)移資料、零件、東西的操作機；或是為了履行不同的使命而具有可改動和可編程動作的專門體系。”

機器人是一個總稱，它品種繁復(fù)，按開展進(jìn)程可以分為三代；第一代指只要“手”的機器人，以固定程序或可編程序作業(yè)，不具有外界信息的反應(yīng)。這種機器人也稱“示教再現(xiàn)型”機器人。第二代對外界信息有反應(yīng)才能，具有觸覺、視覺、聽覺等功用，叫“感覺型”機器人，又稱“習(xí)慣型”機器人。第三代具有高度的習(xí)慣性，有自行進(jìn)行學(xué)習(xí)、推理、決議方案、規(guī)劃等功用，這種機器人被稱為“智能型”機器人。

微型機器人又稱為“明日的機器人”，它是機器人研討范疇的一顆新星，它同智能機器人一同成為科學(xué)尋求的方針。開展微型和超微型機器人的指導(dǎo)思想十分簡略：某些作業(yè)若用一臺結(jié)構(gòu)巨大、價格貴重的大型機器人去做，不如用不計其數(shù)個十分低價的細(xì)微而極簡略的機器人去完結(jié)，這正如一大群蝗蟲去“收割”一片莊稼，要比運用一臺大型聯(lián)合收割機快。微型機器人的開展依賴于微加工工藝、微傳感器、微驅(qū)動器和微結(jié)構(gòu)四個支柱。這四個方面的基礎(chǔ)研討有三個階段：器材開發(fā)階段、部件開發(fā)階段、設(shè)備和體系開發(fā)階段?，F(xiàn)已研宣布直徑20微米、長150微米的餃鏈連桿，200微米×200微米的滑塊結(jié)構(gòu)，以及微型的齒輪、曲柄、繃簧等。貝爾實驗室已開宣布一種直徑為400微米的齒輪，在一張普通郵票上可以放6萬個齒輪和其他微型器材。德國卡爾斯魯核研討中心的微型機器人研討所，研討出一種新式微加工辦法，這種辦法是X射線深刻蝕、電鑄和塑料膜鑄的組合，深刻蝕厚度是。10～1000微米。

微型機器人的開展，是樹立在大規(guī)劃集成電路制作技能的基礎(chǔ)上的。微驅(qū)動器、微傳感器都是在集成電路技能基礎(chǔ)上用規(guī)范的光刻和化學(xué)腐蝕技能制成的。不同的是集成電路大部分是二維刻蝕的，而微型機器人則完全是三維的。微型機器人和超微型機器人已逐步構(gòu)成一個觸動很多范疇向縱深開展的新興學(xué)科。

微型機器人可以在原子級水平上作業(yè)。例如，外科醫(yī)生可以遙控微型機器人做毫米級視網(wǎng)膜開刀手術(shù)，在眼球運動的條件下，進(jìn)行切除彈性網(wǎng)膜或單個病理細(xì)胞，接通堵截的神經(jīng)，在患者體內(nèi)或血管中穿行，發(fā)現(xiàn)癌細(xì)胞立即把它們殺死以及刮去主動脈上堆積的脂肪等。用微型機器人胃鏡可以放進(jìn)胃內(nèi)對胃進(jìn)行全面檢查。

微型機器人的作業(yè)才能抵達(dá)了分子、原子級水平，已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超越了藝術(shù)家在頭發(fā)絲上作畫的程度了。微型機器人還可以用于精細(xì)制作業(yè)的加工，用它制作存儲量更大的電腦存儲芯片，以及加工精度極高的“超平面磨床”等。

運用微型機器人技能，可以便各式各樣的航天丈量變得更為輕盈，磁帶錄音機之類的家用電器也會變得愈加細(xì)巧和多用，電視屏幕可以做得既大又薄，其上各點的光亮度，可以用微型機器人主動操控。微型機器人也將使機械學(xué)產(chǎn)生一場革新。

微型和超微型機器人的運用范疇十分寬廣，它可以用于帆海、農(nóng)業(yè)；通訊、航空航天、家庭和醫(yī)療等方面。例如：扔下不計其數(shù)個微型機器人去咀嚼輪船底部的貝類和苔蘚，能節(jié)約翱翔動力。將不計其數(shù)個微型機器人撒在馬鈴薯地內(nèi)，讓它們?nèi)ヒ篮οx，使馬鈴薯有好收成。翱翔微型機器人載著濕度儀和紅外傳感器在田野上翱翔，當(dāng)發(fā)現(xiàn)農(nóng)田有干旱現(xiàn)象時，便降落在灌溉體系的閥門上，將干旱信息傳輸給傳感器，翻開閥門，定量灌溉農(nóng)田。

微型機器人可以帶著攝像機和微型光纖，進(jìn)入人類無法抵達(dá)的當(dāng)?shù)厝フ{(diào)查環(huán)境，存儲或傳輸圖畫。當(dāng)?shù)叵码娎|斷了往后，讓不計其數(shù)個微型機器人沿著屯纜匍匐，爬到斷頭時，便讓雙手搭在前端斷頭上，所以微型機器人便成為銜接導(dǎo)線，永久留在電纜上。

微型機器人可以清潔、修補空間望遠(yuǎn)鏡，檢查宇宙飛船熱屏蔽罩，給飛機機罩除冰。假如將很多的翱翔微型機器人布置在其他星球上，機器人則可以發(fā)回各種所需的信息。

每天晚上可以放出微型機器人在商鋪和庫房鄰近放哨，防止偷盜者進(jìn)入。微型機器人還可以在住宅隱蔽處除塵，進(jìn)入家用電器內(nèi)部檢查和保護(hù)。

微型機器人才能的點評規(guī)范有：智能，指感覺和感知，包含回憶、運算、比較、辨別、判別、決議方案、學(xué)習(xí)和邏輯推理等；機能，指變通性、通用性或空間占有性等；物理能，指力、速度、接連運轉(zhuǎn)才能、可靠性、聯(lián)用性、壽數(shù)等。因此，可以說微型機器人是具有生物功用的空間三維機器。

盡管迄今沒有呈現(xiàn)智能微型機器人，可是大部分的機器人研討機構(gòu)的科學(xué)家都以為到2040年，智能微型機器人將抵達(dá)人的智力水平，或許還能抵達(dá)人的認(rèn)識水平。然后，智能機器人會得到進(jìn)一步改善。人與機器之間終究將樹立一種共生聯(lián)系，兩者合并為可以大大擴(kuò)展智力的“后生物體”。美國麻省理工學(xué)院人工智能專家馬文·明斯基預(yù)見到未來的智能機器人：人將把大腦的思想下載給計算機操控的機器替身，構(gòu)成簡直無限的信息和數(shù)據(jù)。這種情況標(biāo)志著人類一個新的開發(fā)階段的開端。

還有一種微型機器人，是由東芝公司和名古屋大學(xué)制作的。這個只要1.5厘米巨細(xì)的微型機器人是靠液體壓力驅(qū)動橡皮制成的動作器而自由行動的，這種微型機器人不帶供應(yīng)動力的纜線，可在內(nèi)徑只要6毫米的細(xì)管內(nèi)移動，且往后或許開展成為在血管中自行移動，是一種能醫(yī)治或確診疾病的微型機器人。

關(guān)于微型機器人，有的科學(xué)論著把其說成是一個仿照人，的動作的微型機器，其實不完全如此。美國麻省理工學(xué)院電動機工程師阿尼塔·弗林研發(fā)成功了一臺精細(xì)型機器人，它憑借本身的動力，能匍匐、步行、跳動、旋轉(zhuǎn)，并且還具有視覺鋒利、聽覺活絡(luò)、感覺精確的特色?，F(xiàn)在科學(xué)家們正試圖研發(fā)超微型機器人。他們預(yù)言，到2l世紀(jì)這種超微型機器人假如研發(fā)成功，它可以像紅細(xì)胞那樣注入人體內(nèi)，從溶解在血液內(nèi)的葡萄糖和氧氣中取得能量，并依照編好的程序，探試、辨識、過濾、鏟除人體內(nèi)的病毒，堅持肌體的健康。1994年8月，美國麻省理工學(xué)院的專家們開端研發(fā)高4毫米的帶馬達(dá)的微型機器人。據(jù)他們估量，這種微型機器人因為十分細(xì)小，能進(jìn)入人體做手術(shù)，再用十幾年時刻，這種機器人就能試制成功，投人出產(chǎn)和運用。

將來的納米機器人可以組成你想要的任何東西，科學(xué)家想象在未來納米機器人的協(xié)助下，咱們乃至可以從因特網(wǎng)上下載硬件。這是邁特公司納米技能權(quán)威詹姆斯·埃倫博根作出的猜測。該公司是五角大樓贊助的、設(shè)在弗吉尼亞州麥克萊思的一家研討中心。

埃倫博根對他提出的下載硬件的現(xiàn)象作了引人入勝的解說：“人們可以想一想當(dāng)今下載軟件是什么景象，是以改動分子團(tuán)磁性特征的辦法重置磁盤的物質(zhì)結(jié)構(gòu)。假如計算機的內(nèi)容不超越分子團(tuán)的體積，就可以經(jīng)過重新擺放磁盤上的分子制作芯片?！卑惒└f，研討人員現(xiàn)已忙于研發(fā)體積只要針頭巨細(xì)的計算機，“這種納米計算機的各個部件比咱們?nèi)缃裼迷诖疟P驅(qū)動器上裝載信息的物理結(jié)構(gòu)小得多。因此，在不久的將來，咱們將可以像今日下載軟件相同從網(wǎng)絡(luò)里下載硬件?！?/p>

從物理意義上再出產(chǎn)一些硬件下載產(chǎn)品將需求新的磁盤驅(qū)動器。一種想象是用極為尖細(xì)的點束制作一種讀寫磁頭，以某種辦法影響原子和分子。運用十年來在掃描地道電子顯微鏡及相關(guān)技能方面取得的研討效果，分別由斯坦福大學(xué)的卡爾文·奎特和康奈爾大學(xué)的諾埃爾·麥克唐納領(lǐng)導(dǎo)的兩個科學(xué)家小組從事這方面的研討。

埃倫博根說：“一旦咱們把握了制作體積不超越鹽粒巨細(xì)的計算機的技能，咱們就會從根本上處于一種新的局勢。”體積如此細(xì)小的計算機將十分廉價，因此到處都可運用計算機。嵌在內(nèi)衣里的計算機將告知洗衣機應(yīng)當(dāng)用什么水溫洗刷內(nèi)衣。圓珠筆筆芯中的墨水行將用完的時分，嵌在筆中的計算機將提示你替換筆芯。嵌在鞋里的計算機將向轎車宣布信號，把主人走過來的信息告知轎車，讓轎車調(diào)整好座位和反光鏡并翻開車門。

科學(xué)家想象了一個叫做“納米盒”的東西，來完結(jié)上面的下載硬件的主意。這是一種把納米制作技能與如今所謂的臺式制作辦法相結(jié)合的未來復(fù)印機。假如你需求一部新的蜂窩電話，你可以經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)購買一種制作蜂窩電話的辦法。它將告知你刺進(jìn)一個塑料片，把導(dǎo)電分子注入“色粉”盒中。納米盒將把塑料片來回移動，記下分子的方式，然后經(jīng)過必定辦法指引分子自行拼裝成電路和天線。下一步是，納米盒運用不同的“色粉”加上號碼鍵、揚聲器和麥克風(fēng)，終究制作外殼。

不要盼望在2020年曾經(jīng)能呈現(xiàn)這種精巧的小設(shè)備，下載納米級計算機電路的實驗最早不會早于2005年。在隨后的10年中，納米制作體系或許用于“寫物質(zhì)”一開始出產(chǎn)納米芯片。

納米技能的一個分支分子電子學(xué)現(xiàn)已朝著完結(jié)這個方針取得了詳細(xì)的發(fā)展。由洛杉磯加利福尼亞大學(xué)和惠普實驗室科學(xué)家組成的研討小組找到了一種由分子自行拼裝的所謂的邏輯門?；萜諏嶒炇已杏懭藛T菲利普·庫克斯說，這個研討小組下一步的方針是縮小芯片上的線路，旨在出產(chǎn)出“單邊為100納米的芯片”。他還說：“現(xiàn)在的芯片出產(chǎn)成本之所以十分貴重，是因為出產(chǎn)機械需求有極高的精確度?？墒沁x用化學(xué)辦法制作，咱們可以像柯達(dá)公司出產(chǎn)膠片那樣，出產(chǎn)出長卷，然后只需切成小塊就行了?！?/p>

這樣的想象引起了華盛頓的愛好。美國國防高檔研討方案局現(xiàn)已施行了一項分子電子學(xué)研討方案。國會好像急迫地想大大添加納米技能的研討經(jīng)費。一項方案將使納米技能的研討經(jīng)費在往后幾年中翻一番。白宮或許也會標(biāo)明擁護(hù)，因為白宮現(xiàn)已把納米技能列為11個要害研討范疇之一。

邁特公司埃倫博根領(lǐng)導(dǎo)的研討人員在最近取得的新效果是規(guī)劃出一種用于拼裝納米制作體系的微型機器人?，F(xiàn)在規(guī)劃出的這種機器人的長度約為5毫米?？墒?，假設(shè)能運用納米制作技能使這種機器人的體積不斷縮小，它終究的體積或許不會超越塵埃的微粒。

體積細(xì)小的機器人可以像納米技能的倡導(dǎo)者埃里克·德雷克斯勒想象的那樣，用于操作單個原子。德雷克斯勒在1986年出書的《創(chuàng)世的引擎》一書中對納米技能的潛在用處作了一番引人入勝的描繪。應(yīng)該說是德雷克斯勒創(chuàng)始了納米技能年代，并啟示人們作出如下的種種想象：成群的肉眼看不見的微型機器人在地毯上或書架上匍匐，把塵埃分化成原子，使原子恢復(fù)成餐巾、番筧或納米計算機等諸如此類的東西。

盡管用原子制作計算機仍然是一個恰當(dāng)悠遠(yuǎn)的愿望，可是埃倫博根以為很快能取得研討效果。他說：“我敢打賭，分子電子學(xué)近期內(nèi)能取得打破?！边@好像是為納米技能下的一個斗膽的賭注。

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