一、納米機器人技術原理

納(na)米(mi)(mi)生(sheng)物(wu)(wu)學(xue)(xue)的(de)產(chan)生(sheng)是與(yu)SPM的(de)發明和在生(sheng)命科(ke)學(xue)(xue)中(zhong)的(de)應用分(fen)不開的(de)。生(sheng)命過(guo)程是已知的(de)物(wu)(wu)理、化學(xue)(xue)過(guo)程中(zhong)最復雜的(de)事情。不同于宏觀生(sheng)物(wu)(wu)學(xue)(xue)，納(na)米(mi)(mi)生(sheng)物(wu)(wu)學(xue)(xue)是從微(wei)觀的(de)角度(du)來觀察(cha)生(sheng)命現象、并以(yi)對分(fen)子(zi)的(de)操(cao)縱和改性(xing)為目標(biao)的(de)。納(na)米(mi)(mi)生(sheng)物(wu)(wu)學(xue)(xue)發展時間不長(chang)就已經取(qu)得了可喜(xi)的(de)成績。生(sheng)物(wu)(wu)科(ke)學(xue)(xue)家在納(na)米(mi)(mi)生(sheng)物(wu)(wu)學(xue)(xue)領(ling)域提(ti)出了許多富有挑戰(zhan)性(xing)的(de)新觀念。納(na)米(mi)(mi)生(sheng)物(wu)(wu)學(xue)(xue)的(de)加工技術可以(yi)向生(sheng)物(wu)(wu)細胞(bao)學(xue)(xue)習。

事實(shi)上，每(mei)一(yi)個(ge)細胞(bao)都是一(yi)個(ge)活生生的納(na)(na)米(mi)技術(shu)應用(yong)的實(shi)例(li)：細胞(bao)不(bu)(bu)僅將燃料轉(zhuan)化為能量(liang)，而且按(an)照儲(chu)存在DNA中的信息來(lai)建(jian)造(zao)和激(ji)活蛋(dan)白質(zhi)和酶，通(tong)過對不(bu)(bu)同物種的DNA進(jin)行(xing)重組，基(ji)因工程家(jia)已(yi)經學會(hui)建(jian)造(zao)新的這類(lei)納(na)(na)米(mi)工具(ju)，例(li)如用(yong)細菌細胞(bao)來(lai)生產(chan)醫用(yong)激(ji)素。科(ke)學家(jia)根據分(fen)子病理學的原理已(yi)經研制出各(ge)種各(ge)樣的可(ke)以進(jin)入(ru)人(ren)(ren)體微觀世界行(xing)走的納(na)(na)米(mi)機器人(ren)(ren)，有望用(yong)于清除(chu)有害(hai)物質(zhi)、修復損壞基(ji)因、激(ji)活細胞(bao)能量(liang)、維護人(ren)(ren)體健康和延長人(ren)(ren)類(lei)壽命。醫用(yong)納(na)(na)米(mi)機器人(ren)(ren)目前(qian)還處(chu)在試驗階段(duan)。

二、納米機器人應用領域——中國應用

中國人也可以像擺棋子一樣擺弄原子了。一臺能夠在納米尺度上操作的機器人系統樣機由中國科學院沈陽自動化所研制成功，并通過了國家“863”自動化領域智能機器人專家組的(de)驗收。在一(yi)個(ge)演(yan)示(shi)(shi)中，沈(shen)陽(yang)自動化所的(de)研究(jiu)人(ren)員操縱“納(na)米(mi)(mi)(mi)微操作(zuo)(zuo)機器人(ren)”，在一(yi)塊(kuai)硅基片上1×2微米(mi)(mi)(mi)的(de)區(qu)域上清晰刻出“SIA”3個(ge)英(ying)文字母（沈(shen)陽(yang)自動化所的(de)縮寫）；另(ling)一(yi)個(ge)演(yan)示(shi)(shi)顯示(shi)(shi)，在一(yi)個(ge)5×5微米(mi)(mi)(mi)的(de)硅基片上，操作(zuo)(zuo)者將一(yi)個(ge)4微米(mi)(mi)(mi)長、100納(na)米(mi)(mi)(mi)粗細的(de)碳納(na)米(mi)(mi)(mi)管(guan)準確移(yi)動到(dao)一(yi)個(ge)刻好的(de)溝槽(cao)里。

測試顯示，在刻畫操作中，這臺納米微操作機器人在512個像素寬度的顯示區域里，重復定位誤差小于5個像素，精度達1%以上；在移動納米碳管的操作中，重復定位精度達到30納米；而在基于路標的定位測試中，其定位誤差小于4納米。專家解釋，1納米是10^-9米，大約等于10個氬原子并列成一條直線的長度。在納米尺度上的操作，被稱為“納米微操作”，是納米技術的重要內容，其目的是在納米尺度上按人的意愿對納米材料實現移動、整形、刻畫以及裝配等工作。納米微操作始于20世紀80年代，IBM的科學家1989年利用掃描式隧道顯微鏡（STM）操作35個氙原子在鎳金屬表面拼出I－B－M三個字母，成為轟動世界的新聞，開了納米微操作先河。從此，納米操(cao)作技術(shu)作為一個重要的戰略發(fa)展方向(xiang)吸引(yin)各國競(jing)相展開研究。

該項目研究人員介紹，這臺機器人系統在納米尺度下的系統建模方法、三維納觀力獲取與感知及誤差分析與補償方面有很多突破與創新，都達到世界先進水平。據介紹，這種納米微操作機器人可廣泛應用于納米科學實驗研究、生物工程與醫學實驗研究、微納米科研教學等領域。如生物學研究領域中，使用納米微操作機器人可完成對細胞染色體的切割操作；也可在DNA或分子水平上進行生化檢測及病理、生理測試實驗研究。此外這種機器人在IC工業中納米器件的裝配與加工方面也有良好的應用前景，如可以利用它操作納米微粒，裝配微/納米電子器件，甚至復雜的納米電路。這意味著，未來利用納米電路制成的電腦和家用電器，可以“想要它有多小，就能做多小”，甚至可以“塞進牙縫”；而未來利用納米操作技術制作的微型機器人，也可以鉆入人體替病人疏通血管，或在肉眼看不見的微觀世界里，完成人們自己不可能完成的任務。

三、納米機器人應用領域——國外應用

在美國科(ke)幻大(da)片《驚異(yi)大(da)奇航》中，科(ke)學(xue)家把(ba)變小(xiao)的(de)人(ren)(ren)和飛(fei)船注射進(jin)人(ren)(ren)體(ti)，讓這些(xie)縮小(xiao)的(de)“參觀者”直接觀看到(dao)人(ren)(ren)體(ti)各個器(qi)官的(de)組(zu)織和運行情況(kuang)。然而在現實中，科(ke)學(xue)家根(gen)據(ju)分子病理學(xue)的(de)原(yuan)理已經研(yan)制出各種(zhong)各樣的(de)可以進(jin)入人(ren)(ren)體(ti)的(de)納米機器(qi)人(ren)(ren)，有(you)望用于維(wei)護人(ren)(ren)體(ti)健康。

目前還處在試驗(yan)階(jie)段，大到長幾毫米(mi)，小到直徑幾微米(mi)；但可以肯定的是，未來幾年(nian)內，納米(mi)機器人將(jiang)會帶來一場醫學革(ge)命。

許多(duo)工程師、科學家(jia)和醫(yi)生(sheng)都認(ren)為，醫(yi)用納米機器人(ren)有著無限(xian)的(de)潛(qian)力——而其中(zhong)最(zui)有可能(neng)的(de)包(bao)括：治(zhi)療(liao)動脈(mo)粥樣硬化、抗癌、去除血(xue)塊、清潔傷口、幫助凝(ning)血(xue)、祛(qu)除寄生(sheng)蟲、治(zhi)療(liao)痛風、粉碎腎結(jie)石、人(ren)工授(shou)精(jing)以及激活細胞(bao)能(neng)量(liang)，使人(ren)不(bu)僅保持健康，而且延長壽命。