医用纳米机器人的研究论文

科学咖啡馆

人类将进入纳米机器人时代？

说起纳米机器人，人们可能会想到好莱坞大片《钢铁侠3》：大反派试图通过纳米机器人传播病毒，进而控制全人类。

纳米机器人的概念最早是由美国物理学家、诺贝尔奖获得者理查德·费曼教授于1959年提出的。他认为人类未来有可能建造一种分子大小的微型机器，可以把分子甚至单个原子作为建筑构件，在非常细小的空间里构建物质。这意味着，人类可以在底层空间制造任何东西。

纳米级的技术在当时只是一种科学幻想，但如今已出现在现实世界。

从广义上来讲，只要在纳米尺度(一纳米等于十亿分之一米)能够进行运动和操作的系统都可以叫做纳米机器人。纳米机器人是纳米生物学中最具有诱惑力的内容，也是当今高新 科技 的前沿热点之一。因此，许多国家纷纷制定纳米机器人相关战略和计划，投入巨资抢占纳米机器人战略高地。

目前研发的纳米机器人属于第一代，是生物系统和机械系统的有机结合体，这代纳米机器人可以注入人体血管内，进行 健康 检查和疾病治疗；第二代纳米机器人是直接从原子或分子装配成具有特定功能的纳米尺度的分子装置，能够执行复杂的纳米级别的任务；第三代纳米机器人将包含有强人工智能和纳米计算机，是一种可以进行人机对话的智能装置。

顺带一提，2016年度诺贝尔化学奖授予3位科学家，以表彰他们“在分子机器的设计和合成”方面的贡献。

许多专家强调：当前最重要、最迫切的就是纳米机器人在医疗领域的应用。医用纳米机器人可以注入人体血管内，进行血管养护、 健康 检查、精准给药、疾病治疗和器官修复等，还可从基因中除去有害的DNA，或把正常的DNA安装在基因中，使机体正常运行。在可预见的未来，被视为当今疑难病症的癌症、艾滋病、高血压等都将迎刃而解；届时，人类将会减少疾病所带来的痛苦，人的寿命也将得到延长。可见纳米级别的机器人是医疗领域的福音。

近年来，医用纳米机器人的研发取得不少可喜的成果：

2013年6月，日本东北大学的科学家研制出一种由生化驱动的可以摧毁癌细胞的纳米机器人；

2017年8月，英国杜伦大学、美国莱斯大学和北卡罗莱纳州立大学的科学家研发出一种被光激活的纳米机器人：当被光激活后，这种纳米机器人可以在数分钟内钻入癌细胞并杀死它们；

2018年1月，德国慕尼黑工业大学的科学家研制出一种由电场驱动的用于医学诊断和药物开发的高效纳米机器人；

前不久，德国马普学会智能系统研究所、中国哈尔滨工业大学以及丹麦奥胡斯大学等机构的研究人员研发出一种表面润滑的螺旋形磁性纳米机器人，并首次实现让纳米机器人绕过眼球表面抵达视网膜且不对组织造成损害。

值得指出的是，医用纳米机器人目前尚处于研发试验阶段，还未能进入临床实用阶段。但可以肯定的是，在不久的将来，纳米机器人将会给生物医学带来巨大变革。前不久，美国发明家雷·科兹威尔博士在接受新闻媒体采访时指出：医用纳米机器人将来把人脑和云脑(云计算系统)连接起来，届时就可提高人类智力和延长人类寿命。另外他还指出：到2030年，纳米机器人将定居在人体内，随着血液循环遍布人体，成为人机融合的一部分。

除了医疗领域，纳米机器人在其他领域也有广泛的应用前景。

在工业领域，人们可以利用纳米机器人制作微米级的芯片，从而减少电子产品内的芯片和电路所占用空间，能够让未来的电子产品变得更微小；人们可以利用纳米机器人探测甚至改变油藏特性, 从而突破现有技术在采收率上的限制，提高油气开采效率和采收率。

在环保领域，人们可以将大量纳米机器人放入污染水源中，通过设计好的传感器和程序让纳米机器人将污染源分解掉，就能解决水污染问题。

在军事领域，人们可以通过仿生学技术将纳米机器人的外形改造成昆虫、鸟类等小型动物的外观，充当侦察工具，进而收集重要情报。

可以说，纳米机器人不仅给 社会 带来重大变化，也给人们带来无限广阔的想象空间。

需要指出的是，高新 科技 是把双刃剑，纳米机器人也不例外，尤其是当它应用于军事领域当中。目前，美国、英国、德国、日本、以色列等国已着手从伦理、法律和 社会 的角度，来研究纳米机器人的风险和安全性问题。

有专家预言：用不了多久，个头只有分子大小的神奇纳米机器人将源源不断地进入人类的日常生活，人类 社会 将进入极具前景的新时代——纳米机器人时代。中国科学家周海中教授在1990年发表的《论机器人》一文中预言：到21世纪中叶，纳米机器人将彻底改变人类的工作和生活方式。

此景可待，未来可期。

（作者为日本东北大学工学部研究员）

有，但是处于起步阶段，有部分医用纳米机器人还在实验阶段。短中期内不大可能会有此类机器人在市面上出现，且造价一般情况下普通人承担不起。但其研究前景十分可观且意义巨大。我的个人观点是中期内市场上可能会出现可用于医治部分疾病的纳米机器人，且研究方向一定是向全能型医用纳米机器人方向发展，就是说先注入部分机器人，再通过进食原材料使其在人体内自行生产新的机器人，且可以通过原材料对相应疾病进行医治且可实时回馈人体内环境信息与医疗进程。如果人类成功研制出全能型医用机器人，人类或许就能达到长生不老，不会因疾病死亡的情况。此类机器人是可实现的预想，但在这类级别的纳米机器人研制成功前人类必须先彻底的解析细胞学、基因学、材料学、环境学、内分泌学、化学与医学等。个人感觉百年内不会出现此级别的医用纳米机器人。

1959年,荣获诺贝尔物理学奖的美国物理学家理查德.费曼(Richard Phillips Feynman)率先提出了“纳米机器人”这一概念,他在一次名为《在物质底层有大量的空间》的演讲中,说人类有可能建造一种分子大小的微型机器,它可以把分子、甚至单个的原子作为建筑构件,于非常微小的空间里构建物质,也就是说,人类可以在最基础的层面制造任何一种东西。当时,理查德.费曼所言的“微型机器”尚有一点儿“科幻”的意味,而如今,纳米机器人既是纳米生物学领域中极具诱惑力的一项研究课题,又是一处炙手可热、极具战略意义和商业价值的“ 科技 高地”,故此,众多国家、 科技 公司和科研机构纷纷制定纳米机器人相关的研发计划,投入巨资抢占纳米机器人这一“ 科技 高地”。前不久,美国一位发明家大胆的预测,2030年前后,纳米机器人即可投入使用。

比较宽泛的说,于纳米尺度(即“微毫米”,1纳米等于1/10亿米)能够运行和操作的机械系统,就可以称为“纳米机器人”。现如今,相关的科研机构正快马加鞭的研发着第一代纳米机器人,它们是生物系统和机械系统的有机结合体,可以注入人体的血管中,应用于 健康 检查和疾病治疗等等方面。纳米生物学家们设想的第二代纳米机器人更是精密和高效,它们直接从原子或分子装配而成,且具有特定的功能,可以执行复杂的纳米级任务。而第三代纳米机器人将含有强人工智能和纳米计算机,其无与伦比的功能和广泛的应用范围远超一般人的想象力。相关领域的专家们认为,目前最重要、最迫切的就是纳米机器人在医疗领域的应用,医用纳米机器人可以注入人体的血管里,它们可以护理血管、 健康 检查、精准施药、疾病治疗和器官修复等等,甚至可以从基因中除去有害的DNA、把正常的DNA安置在基因中。

近几年以来,医用纳米机器人的相关研究领域已经呈现了一些举世瞩目的成果,比如2013年6月,日本东北大学的科学家们一种可以杀灭癌细胞的纳米机器人;再2017年8月,英国杜伦大学、美国莱斯大学和北卡罗来纳州立大学的联合研究团队研发了一种纳米机器人,它们被光线激活之后,可以在数分钟之内钻入和杀灭癌细胞;再比如德国马普学会智能系统研究所、中国哈尔滨工业大学和丹麦奥胡斯大学的联合研究团队,研发了一种表面润滑的螺旋形磁性纳米机器人,且让纳米机器人绕过眼球表面、抵达视网膜。即便医用纳米机器人仍处于研发和试验的阶段,并未进入临床实用的阶段,但基于相关领域的研发成果、以及相关技术的日趋成熟,不久的将来,纳米机器人很可能会给生物医疗领域带来巨大的变革。

前一段时间,美国的发明家雷.科兹威尔博士在接受新闻媒体采访的时候,声称医用纳米机器人将把人脑和“云脑”(云计算系统)连接起来,此时,纳米机器人就可以提高人类的智力和延长人类的寿命。雷.科兹威尔博士还指出,大概2030年前后,纳米机器人将“入驻”和“定居”于人类的身体内,随着血液循环系统而遍布全身,人类便实现了“人机融合”。不过,“ 科技 ”是一柄犀利的双刃剑,人类必须警惕关于纳米机器人的潜在危害,特别是它们应用于军事领域中,其后果是不堪设想的,美国、英国、德国、日本、以色列等等国家已从伦理、法律、 社会 和国防安全的角度,研究纳米机器人的风险和安全性问题,以防纳米机器人造成不可估量的损害。

小考题: 你是否担心纳米机器人应用于军事领域?你认为人类能否坚守这一底线呢?欢迎你留言讨论。

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