【前沿】纳米+机器8大最激动人心应用

【新智元导读】到2020年,全球纳米科技产业将增长至758亿美元。 纳米机器人凭借着微小的体积,在许多领域能产生较好的应用。本文列举了已知的一些前沿纳米机器人,以及,这些机器人可能的应用领域,比如医疗和新材料。

原文链接:http://singularityhub.com/2016/05/16/nanorobots-where-we-are-today-and-why-their-future-has-amazing-potential/

作者: PETER DIAMANDIS

能够自我复制的机器

大多数的历史学家将纳米技术的概念归功于物理学家理查德·费恩曼及其1959年的演讲“底下的空间还很大(There’s Plenty of Room at the Bottom)”。在这篇演讲中,费恩曼想象有一天将实现机器微型化,并能够把海量的信息编码进一个很小的空间,从而为革命性的技术发展铺就道路。

但直到1986年,K.Eric Drexler的书《创造的引擎:纳米技术的时代即将到来(Engines of Creation:The Coming Era of Nanotechnology)》出版,纳米技术这一概念才真正广为人知。

Drexler所设想的未来纳米机器不仅能够自我复制,而且能够制造其他任何机器。并且由于这一制造过程发生在原子层面,这些纳米机器人可以将任何种类的材料分解成原子,然后重新建造成任何东西。Drexler想象在未来可以将整个美国国会图书馆存储在一个方糖大小的芯片之上,而纳米级的环境清理器可以清洁空气中的污染物。

人体内细胞本质上就是机器

纳米技术是发生在纳米尺度上的科学、工程,以及技术,约为1到100纳米。它实质上是在原子与分子水平上操纵与控制物质。

而一个纳米机器人,就是一部能在原子水平精确地建造和操作实体的机器。想象一个机器人如一个孩子玩乐高积木一样移动、放置原子,利用基本的原子积木(碳、氮、氢、氧、磷、铁等)搭建任意物质。如果有人认为纳米机器人仅仅是科幻小说里的概念,那么你应该意识到其实我们每个人能够活着就是因为我们体内的每个细胞里都有不计其数的纳米机器人在工作,我们称之为“核糖体”等生物学名词,但它们本质上就是带有特定功能编码的机器。

让“火箭”来为病人输药

有很多不同种类的纳米机器人——下面所列的只是一小部分。

最小发动机:最近德国美因茨大学的一群物理学家用一个原子建造了有史以来最小的发动机。他们使原子困在一个圆锥形的电磁场中,并用激光对其进行加热和降温,从而使其在圆锥中前后运动,就像一个发动机活塞一样。

DNA三维运动纳米机器:俄亥俄州立大学的机械工程师利用“DNA折纸”设计并建造了复杂纳米尺度的机械配件,证明了应用在普通尺寸及其配件上的设计原则现在也可以应用在DNA上,并且能够为未来的纳米机器人生产复杂可控的部件。

纳米泳者:ETH苏黎世与Technion的研究者们开发了一种可伸缩的“纳米泳者”聚吡咯(Ppy)纳米丝,其长约15微米,厚约200纳米,能够以15微米每秒的速度穿过生物液体环境。纳米泳者可用来递送药物,以及通过电磁控制游过血液而标定癌细胞,等等。

细菌供能机器人:德雷赛尔大学的工程师们开发了一种利用电场帮助微观细胞供能机器人探测环境障碍及导航的方法。应用包括药物递送、操纵干细胞以指挥其生长或建造一个微型结构等。

纳米火箭:近日几组研究者通过组合纳米粒子与生物分子构造了一种高速、远程控制的纳米尺度版本的火箭。研究者们希望能够开发这种火箭以应用在任何的环境中,例如向身体的目标区域递送药物。

纳米机器八大最激动人心的应用

纳米与卫星机器的应用简直是无穷无尽。下面选出最为激动人心的几种:

  • 癌症治疗:更精确有效地识别并摧毁癌细胞。
  • 药物递送机制:用于疾病控制与预防的靶向给药机制
  • 医疗成像:生成能聚集在特定组织的纳米粒子,然后用核磁成像扫描人体,能够帮助查验糖尿病等疾病。
  • 新型传感设备:纳米机器人具有近乎无限度的可定制传感特性,能够开启新的传感功能,让我们可以整合进系统以监视和测量周围的世界。
  • 信息存储设备:哈佛Wyss学院的一位生物工程师及基因科学家成功地在一克DNA中存储了5.5Pbits的数据——约700TB,是之前DNA数据密度记录的一千倍。
  • 新能源系统:纳米机器人或许将在开发更多高效再生能源系统中扮演重要角色。或者它们可以提高现有机器的能源利用率,因为它们能达到同样或更高的性能但需要更少的能源。
  • 高强度的超材料:有很多关于此类超材料的研究。一个加州理工的团队开发了一种新型材料,由十字形的纳米支柱构成如一个小型的埃菲尔铁塔。这是世界上最强、最轻的物质之一。
  • 海洋净化微海绵:近期《纳米技术》杂志发表的一篇研究展示了一种碳纳米管海绵,能够清理水中细菌、杀虫剂之类的污染物,有效性高于之前的研究成果三倍。

一个将达758亿美元的市场

纳米科技有潜力解决当今社会所面临的一些最重大的问题。美国国家科学基金会的一份报告写道:“纳米科技有潜力提高人类效率,为材料、水资源、能源以及食物带来可持续发展,防御未知的细菌与病毒,甚至能够消除一些破坏和平的因素。”

如果这些还不够让人兴奋,纳米科技的市场,如你所可能想象的,将会非常巨大:据预测,2020年全球纳米科技产业将增长至758亿美元。商人们需要注意到这一领域的进展,因为其中将会有回报格外丰厚的机会出现。

原文发布于微信公众号 - 新智元(AI_era)

原文发表时间:2016-05-17

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