纳米机器人的原理及简介

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纳米生物学发展时间不长就已经取得了可喜的成绩,下面我们一起来看看纳米机器人的原理和简介。

纳米机器人的原理及简介

技术原理

纳米生物学的出现与SPM的发明及其在生命科学中的应用密不可分。生命过程是已知物理化学过程中最复杂的事情。与宏观生物学不同,纳米生物学从微观角度观察生命现象,目的是操纵和修饰分子。纳米生物学发展时间短,取得了可喜的成就。生物科学家在纳米生物学领域提出了许多富有挑战性的新观点。纳米生物加工技术可以从生物细胞中学习。

事实上,每个细胞都是纳米技术应用的活生生的例子:细胞不仅将燃料转化为能量,还根据储存在DNA中的信息构建和激活蛋白质和酶。通过重组不同物种的DNA,基因工程师学会了构建新的纳米工具,比如利用细菌细胞产生医用激素。根据分子病理学的原理,科学家们开发了各种可以走进人体微观世界的纳米机器人,有望用于去除有害物质、修复受损基因、激活细胞能量、维护人体健康、延长人类寿命。医用纳米机器人还处于实验阶段。

应用区域

纳米技术的大胆应用还包括:(1)利用纳米机器将获得的碳原子一个个组织起来,变成精致的钻石;将二氧化碳分子重新分解成原始成分;纳米巡航工具放入人体血液中,可以自动发现沉积在静脉血管壁上的胆固醇,然后逐一分解;将来,纳米机器可以把从草中切下的草变成面包...完全意义上,世界上每一个真实的物体,无论是电脑还是奶酪,都是由分子组成的;

理论上,纳米机器可以建造所有的物体。

当然不能从理论上等同于实际应用,但是纳米机械专家已经表明,实现纳米技术的应用是可行的。在扫描隧道显微镜的帮助下,纳米机械专家已经能够将独立的原子排列成自然界中从未见过的结构。此外,纳米机械专家设计了仅由几个分子组成的微型齿轮和马达。((原创版权www.isoyu.com)不要把这些齿轮和马达和那些由数百万个分子组成,用传统技术构建的微小齿轮和马达混为一谈。与将来要制造的机器相比,这些机器太大了。).

在25年内,纳米技术专家希望实现科学陈列室中存在的这些想法,并创造真正的工作纳米机器。这些纳米机器拥有可以熟练处理各种分子的微小“手指”;有一台微型“电脑”来指导“手指”如何操作。“手指”可能是由碳纳米管制成的。它的强度是钢的100倍,细度是毛的1/5万。计算机可能是由碳纳米管制成的,它可以用作晶体管和连接它们的导线。“电脑”也可能是DNA做的。拥有适当软件和足够灵巧的纳米机器人可以制造任何物质。

纳米机器人必须使用大量的纳米机器来执行任何任务,包括自我复制。血液中可能有数百万个纳米机器人;在每一个有毒废物场所,都可能需要数万亿个纳米机器人。为了制造一辆汽车,可能会同时动员数千亿个纳米机器人工作。然而,没有一条生产线能生产出如此庞大数量的纳米机器人。

然而,纳米科学家眼中的纳米机器可以做到这一点。他们设计的纳米机器人可以完成两件事:执行他们的主要任务和制作他们自己的完美复制品。如果第一个纳米机器人可以复制两个,这两个副本中的每一个都可以复制两个自己的副本,那么很快就可以获得数万亿个纳米机器人。

如果没有内置停止信号,纳米机器人忘记停止复制,这场灾难可能造成的后果将无法估量。纳米机器人在人体内复制速度快,能比癌症更快地扩散到正常组织;一个疯狂的食物制作机器人可以把地球的整个生物圈变成一个巨大的奶酪。

纳米技术专家不回避危险,但他们相信他们可以控制灾难。一种方法是设计一个软件程序,让纳米机器人复制几代后自毁。另一种方法是设计一个只能在特定条件下复制的机器人。例如,机器人只能在有毒化学物质以高浓度出现时,或者在狭窄的温度和湿度范围内进行复制。

就像计算机病毒的传播一样,所有这些努力都无法阻止那些心怀不轨的人故意释放一些纳米机器人作为伤害他人的武器。事实上,一些批评者指出,纳米技术可能带来的风险大于其益处。但光是这些好处就太诱人了,纳米技术将超越计算机和基因药物,成为新世纪的技术发展方向。这个世界可能需要一个纳米技术免疫系统,在这个系统中,纳米机器人警察不断与微观世界中的那些恶意机器人作战。

在中国的应用

中国人也可以像玩棋子一样玩原子。记者从中国科学院获悉,中科院沈阳自动化研究所成功研制出一套能够进行纳米尺度操作的机器人原型系统,并通过了国家自动化领域“863”智能机器人专家组的验收。在一次演示中,沈阳自动化研究所的研究人员操纵“纳米微操作机器人”,在一块1×2微米的硅衬底上清晰地刻上三个英文字母“SIA”(沈阳自动化研究所的缩写);另一个演示显示,在一个5×5微米的硅衬底上,操作者将一个长度为4微米、厚度为100纳米的碳纳米管精确地移动到一个刻好的凹槽中。

纳米微机器人在10×10微米的基底上刻字

测试表明,在描绘操作中,该纳米微机器人在宽度为512像素的显示区域内重复定位误差小于5像素,精度在1%以上;在移动碳纳米管的操作中,重复定位精度达到30纳米;然而,在基于地标的定位测试中,定位误差小于4纳米。专家解释说,1纳米是10-9米,大约等于10个氩原子并列成一条直线的长度。纳米尺度上的操作,称为“纳米微操作”,是纳米技术的重要内容,其目的是在纳米尺度上按照人们的意愿移动、重塑、刻画和组装纳米材料。纳米微操作始于20世纪80年代。1989年,I-B-M科学家利用扫描隧道显微镜(STM)操作35个氙原子拼出镍金属表面的字母I-B-M,成为轰动新闻,开创了纳米微操作。

此后,纳米操纵技术作为一个重要的战略发展方向,吸引了各国进行研究。据该项目的研究人员介绍,该机器人系统在纳米尺度的系统建模方法、三维观测力的获取和感知、误差分析和补偿等方面都有了许多突破和创新,均达到了世界先进水平。据报道,这种纳米微机器人可广泛应用于纳米科学实验研究、生物工程和医学实验研究、微纳科学研究教学等领域。例如,在生物研究领域,细胞染色体的切割操作可以通过纳米微机器人来完成,也可以用于DNA或分子水平的生化检测、病理和生理检测。此外,该机器人在集成电路行业纳米器件的组装和加工中具有良好的应用前景,如操纵纳米粒子、组装微/纳米电子器件甚至复杂的纳米电路。这意味着在未来,用纳米电路制成的电脑和家用电器可以“小到自己想要的程度”,甚至可以“塞进牙齿里”;未来,纳米操控技术制造的微型机器人还可以钻入人体为患者疏通血管,或者在肉眼看不见的微观世界中完成人们自己无法完成的任务。

国外申请

在美国科幻大片《神奇奥德赛》中,科学家将更小的人和飞船注入人体,让这些不断缩小的“游客”直接观看人体各种器官的组织和运作。但现实中,科学家根据分子病理学原理,研制出了各种可以进入人体的纳米机器人,有望用于维持人体健康。

目前还处于实验阶段,从几毫米长到几微米直径;但可以肯定的是,在未来几年,纳米机器人将带来一场医学革命。

许多工程师、科学家和医生认为,医用纳米机器人有无限的潜力——最有可能的包括:治疗动脉粥样硬化、抗癌、清除血凝块、清洁伤口、帮助凝血、消除寄生虫、治疗痛风、粉碎肾结石、人工授精和激活细胞能量,使人们不仅能保持健康,还能延长寿命。