纳米机器人

纳米机器人

我们平时常见的机器和工具，最小能够达到的程度，是以我们的肉眼可以看见的外形为依据的。1986年，美国福赛特研究所的德雷克斯勒博士在自己的著作《创世的引擎》中提出了分子纳米技术的概念。他所说的分子纳米技术，就是使组合分子的机器实用化；从而可以任意组合所有种类的分子，并可以做出任何种类的分子结构。仅就他提倡的分子纳米技术来说，其后并未取得重大进展。他的观点是，微型机器可以利用自然界中存在的所有廉价材料制造任何东西。这种观点在专家的议论中出现，显得太离奇了。但从另一个角度看，他却揭示了一个人类在21世纪中将会大规模进军的领域——微观机器人领域。

自机器人间世以来，人们已一致公认机器人是“解放人类的工具”。那么，什么样的机器才称得上是机器人呢？一般说来，机器人是指靠自身动力并有控制能力来实现各种功能的一种机器。联合国标准化组织采纳了美国机器人协会给机器人下的定义：“一种可编程和多功能的，用来搬运材料、零件、工具的操作机；或是为了执行不同的任务而具有可改变和可编程动作的专门系统。”

机器人是一个总称，它种类繁多，按发展过程可以分为三代；第一代指只有“手”的机器人，以固定程序或可编程序工作，不具有外界信息的反馈。这种机器人也称“示教再现型”机器人。第二代对外界信息有反馈能力，具有触觉、视觉、听觉等功能，叫“感觉型”机器人，又称“适应型”机器人。第三代具有高度的适应性，有自行进行学习、推理、决策、规划等功能，这种机器人被称为“智能型”机器人。

微型机器人又称为“明天的机器人”，它是机器人研究领域的一颗新星，它同智能机器人一起成为科学追求的目标。发展微型和超微型机器人的指导思想非常简单：某些工作若用一台结构庞大、价格昂贵的大型机器人去做，不如用成千上万个非常低廉的细小而极简单的机器人去完成，这正如一大群蝗虫去“收割”一片庄稼，要比使用一台大型联合收割机快。微型机器人的发展依赖于微加工工艺、微传感器、微驱动器和微结构四个支柱。这四个方面的基础研究有三个阶段：器件开发阶段、部件开发阶段、装置和系统开发阶段。现已研制出直径20微米、长150微米的饺链连杆，200微米×200微米的滑块结构，以及微型的齿轮、曲柄、弹簧等。贝尔实验室已开发出一种直径为400微米的齿轮，在一张普通邮票上可以放6万个齿轮和其他微型器件。德国卡尔斯鲁核研究中心的微型机器人研究所，研究出一种新型微加工方法，这种方法是X射线深刻蚀、电铸和塑料膜铸的组合，深刻蚀厚度是。10~1000微米。

微型机器人的发展，是建立在大规模集成电路制造技术的基础上的。微驱动器、微传感器都是在集成电路技术基础上用标准的光刻和化学腐蚀技术制成的。不同的是集成电路大部分是二维刻蚀的，而微型机器人则完全是三维的。微型机器人和超微型机器人已逐步形成一个牵动众多领域向纵深发展的新兴学科。

微型机器人可以在原子级水平上工作。例如，外科医生能够遥控微型机器人做毫米级视网膜开刀手术，在眼球运动的条件下，进行切除弹性网膜或个别病理细胞，接通切断的神经，在病人体内或血管中穿行，发现癌细胞立即把它们杀死以及刮去主动脉上堆积的脂肪等。用微型机器人胃镜可以放进胃内对胃进行全面检查。

想象的纳米机器人微型机器人的作业能力达到了分子、原子级水平，已远远超过了艺术家在头发丝上作画的程度了。微型机器人还可以用于精密制造业的加工，用它制造存储量更大的电脑存储芯片，以及加工精度极高的“超平面磨床”等。

应用微型机器人技术，可以便各种各样的航天测量变得更为轻巧，磁带录音机之类的家用电器也会变得更加小巧和多用，电视屏幕可以做得既大又薄，其上各点的光亮度，可以用微型机器人自动控制。微型机器人也将使机械学发生一场革命。

微型和超微型机器人的应用领域非常广阔，它可以用于航海、农业；通信、航空航天、家庭和医疗等方面。例如：扔下成千上万个微型机器人去咀嚼轮船底部的贝类和苔藓，能节省航行能源。将成千上万个微型机器人撒在土豆地内，让它们去咬死害虫，使土豆有好收成。飞行微型机器人载着湿度仪和红外传感器在田野上飞翔，当发现农田有干旱现象时，便降落在灌溉系统的阀门上，将干旱信息传输给传感器，打开阀门，定量灌溉农田。

微型机器人可以携带摄像机和微型光纤，进入人类无法到达的地方去观察环境，存储或传输图像。当地下电缆断了以后，让成千上万个微型机器人沿着屯缆爬行，爬到断头时，便让双手搭在前端断头上，于是微型机器人便成为连接导线，永久留在电缆上。

微型机器人可以清洁、修理空间望远镜，检查宇宙飞船热屏蔽罩，给飞机机罩除冰。如果将大量的飞行微型机器人部署在其他星球上，机器人则可以发回各种所需的信息。

每天晚上可以放出微型机器人在商店和仓库附近放哨，防止盗窃者进入。微型机器人还可以在住房隐蔽处除尘，进入家用电器内部检查和维护。

微型机器人能力的评价标准有：智能，指感觉和感知，包括记忆、运算、比较、鉴别、判断、决策、学习和逻辑推理等；机能，指变通性、通用性或空间占有性等；物理能，指力、速度、连续运行能力、可靠性、联用性、寿命等。因此，可以说微型机器人是具有生物功能的空间三维机器。

尽管迄今尚未出现智能微型机器人，但是大部分的机器人研究机构的科学家都认为到2040年，智能微型机器人将达到人的智力水平，也许还能达到人的意识水平。然后，智能机器人会得到进一步改进。人与机器之间最终将建立一种共生关系，两者合并为能够大大扩展智力的“后生物体”。美国麻省理工学院人工智能专家马文·明斯基预见到未来的智能机器人：人将把大脑的思维下载给计算机控制的机器替身，形成几乎无限的信息和数据。这种状况标志着人类一个新的开发阶段的开始。

另有一种微型机器人，是由东芝公司和名古屋大学制造的。这个只有15厘米大小的微型机器人是靠液体压力驱动橡皮制成的动作器而自由行动的，这种微型机器人不带供给能源的缆线，可在内径只有6毫米的细管内移动，且今后可能发展成为在血管中自行移动，是一种能治疗或诊断疾病的微型机器人。

对于微型机器人，有的科学论著把其说成是一个模仿人，的动作的微型机器，其实不完全如此。美国麻省理工学院电动机工程师阿尼塔·弗林研制成功了一台精密型机器人，它借助自身的动力，能爬行、步行、跳跃、旋转，而且还具有视觉锐利、听觉灵敏、感觉准确的特点。现在科学家们正试图研制超微型机器人。他们预言，到2l世纪这种超微型机器人如果研制成功，它可以像红细胞那样注入人体内，从溶解在血液内的葡萄糖和氧气中获得能量，并按照编好的程序，探试、辨识、过滤、清除人体内的病毒，保持肌体的健康。1994年8月，美国麻省理工学院的专家们开始研制高4毫米的带马达的微型机器人。据他们估计，这种微型机器人由于非常微小，能进入人体做手术，再用十几年时间，这种机器人就能试制成功，投人生产和使用。

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