“纳米机器人”是电影和科幻小说中的常客，一次又一次地大放异彩，上演绝技。在很多人心目中，他们就是缩小了无数倍的变形金刚。以“纳米机器人”为关键词，出现的搜索结果都是江阿姨的画风：关于纳米机器人，最初是从“尺寸”的角度定义的：“0.1-10微米以内的微型机器”.后来，科学家们扩展了这一概念，从“功能”上将纳米机器人定义为“在纳米级物体上运行的机器”。不管你怎么定义，制造纳米机器人都是一项非常困难的任务。首先，我们需要一些小零件——相当小，可能是人类头发直径的千分之一。2016年诺贝尔化学奖授予了三位从事“设计分子机器”的学者。他们的主要工作是利用化学合成来制造许多分子级的零件，例如开关、泵和轴[1]。化学方法可以合成一系列分子级零件：典型的纳米开关图，通过改变pH值可以控制特定分子的运动|参考文献[1]还有一些硬技术可以用来制作纳米零件，比如光刻。光刻技术主要用于制造芯片，是人类掌握的为数不多的能够达到纳米级精度的加工技术之一。美国加州理工学院的科学家利用光刻技术可以制作出分辨率为25-100纳米的复杂三维金属几何图形[2]。2019年，美国劳伦斯利弗莫尔国家实验室的科学家研发出“飞秒投影双光子光刻”技术，可将传统技术的加工速度提高1000倍，仅需8分20秒即可完成过程。打印出芝麻大小的微纳米结构，加工精度保持在纳米级[3]。飞秒投影双光子光刻法制备复杂三维微结构|参考文献[3]无论是化学还是光刻，都生产出纳米级的零件，而这些零件需要进一步组装成机器人。如何实现微型组装是“纳米机器人”研究的又一难点。早在20世纪80年代，人们就实现了对单个原子的控制。2005年，中国科学院成功地将长度为4微米、厚度为100纳米的碳纳米管准确地移入刻槽中[4]。然而，如何大规模地进行纳米组装仍然是一个问题。2015年，法国国家科学院的一个研究团队成功合成了一条聚合长链，它通过超分子键结合了数千个纳米机械，每个纳米机械都可以产生直线伸缩运动。累积起来，这数以万计的小型纳米机器的运动可以整合在一起，产生聚合物链的10微米收缩和松弛，就像在肌肉组织中一样[5]。小加起来：数以万计的纳米部件协同运动可产生大范围变化|天天要闻参考文献[5]即便如此，这些研究也只是实现了“纳米零件”的简单聚合，真想在电影中将它们组装起来那种微型的万能机器还有很长的路要走作为针尖。如何让纳米机器人动起来？除了如何“做”之外，还有一个关键问题，如何让纳米机器人“动起来”？最直接的方法是安装引擎。德克萨斯大学奥斯汀分校的科学家创造了迄今为止世界上最小和最快的微电机。该发动机比一粒盐小500倍。它可以将电能转化为机械运动。转速可达每分钟18000转，相当于喷气式飞机发动机的转速，可连续旋转15小时。纳米发动机示意图|参考文献[8]不过，大家不要被这种高大上的宣传图给骗了。事实上，这个纳米马达无非是一根由金和镍组成的纳米线，在电场的作用下可以旋转。现在指望它能驱动机器人还为时过早。纳米马达的本体只是一根纳米线|参考文献[8]除了利用电场外，还可以利用磁场。麻省理工学院的科学家借用细菌鞭毛的外观，利用3D打印技术制造出一个只有细胞大小的螺旋形机器人，他们称之为“人工细菌鞭毛”。这种螺旋形状可以帮助机器人更好地在血液中移动。然后他们在机器人表面涂上一层镍钛双涂层，使其具有磁性。它们可以通过外部磁场控制人工细菌鞭毛的运动过程，使其像血管一样在通道中旋转运动[9]。也有学者脑洞大开，想到了向能动的细胞“借力”。德国的一个研究团队用钛铁纳米薄膜制作了一个空心管，然后他们控制精子钻入管内，从而制成了精子驱动的纳米机器。由于纳米管的独特机制，精子的头部会被卡在里面，而尾部仍然暴露在外。通过改变温度等条件，可以控制精子的运动路线和速度，从而控制这种“精子机器人”[10]。精子钻入纳米管作为动力源|参考文献[10]研究人员使用了牛精子。在宏观世界，牛可以用来拉车。他们万万没想到，在微观世界中，他们的精子竟是“纳米世界的牛车”。目前的纳米机器人能做什么？纳米机器人的最终目标是自我提升。在2014年的电影《超验骇客》（超越）中，演员使用纳米机器人修复他重病的身体。2015年，谷歌技术总监RayKurzweil也提出了一个观点：“2020年，人体免疫系统将被纳米机器人接管；2030年，纳米机器人可以纠正病原体和免疫系统等一系列免疫系统。”肿瘤。”系统问题”。不过，2020年在即，目前这个时间表并不准确。电影中“一针通百病”式的纳米机器人并没有出现。从血液到胃酸，如何使纳米机器人适应复杂的体液环境？如何在错综复杂的血管中定位或驱动一个灰尘大小的纳米机器人？在数以百万计的细胞中，如何让纳米机器人识别患病的细胞？疾病的治疗确实如此是纳米机器人最重要、投入最多的研究方向，但很多实际困难让这个领域步履蹒跚。当然，技术的进步为这些问题提供了一些可能的解决方案。2019年，加州理工学院的科学家们将纳米机器人放入胶囊中，并将其注射到活生物体。这层胶囊可防止纳米机器人被胃酸等体液破坏。然后，他们使用一种称为光声学的技术在体外实时定位纳米机器人c断层扫描。当机器人胶囊到达患者区域时，外源性近红外光可以穿过人体组织，引发胶囊破裂并释放纳米机器人，纳米机器人停留在患者区域并释放药物。此外，还可以在纳米机器人上修饰能够识别癌细胞的特定蛋白质。当注入体内时，这些蛋白质可以充当“眼睛”，使纳米机器人能够区分癌细胞以进行精确打击。然而，这些研究都是在动物身上进行的。到目前为止，市场上还没有真正成熟的纳米机器人医疗产品。虽然不能指望纳米机器人“治病救人”，但人们还是从纳米机器人身上获得了一些乐趣。2017年，来自三大洲的6支队伍在法国南部进行了纳米汽车竞赛[12][14]。轨道由黄金制成，总长度为100nm。参赛者将对单个分子进行竞赛。全程使用扫描隧道显微镜等特殊设备产生电流，“推动”纳米车前进。最终，美国-奥地利队以每小时35纳米的成绩夺得冠军。【编辑推荐】新的人工智能编程语言已经超越了深度学习。机器人成“搬砖”主力军，颠覆建筑行业传统？德国研制出机器人美发师。网友：托尼先生要失业了吗？又一家明星机器人公司倒下了：曾是全球机器人科技50强，与人类对抗，拯救机器狗。编辑：张艳妮电话：（010）68476606】
