膜分离技术582

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1、纳米机器人：空想还是现实？理学院光科1001班李晨10272006右图是英国画师AdamBaines的科幻作品一、纳米机器人的构想“纳米机器人”的研制属于分子仿生学的范畴，它根据分子水平的生物学原理为设计原型，设计制造可对纳米空间进行操作的“功能分子器件”。纳米生物学的近期设想，是在纳米尺度上应用生物学原理，发现新现象，研制可编程的分子机器人，也称纳米机器人。合成生物学对细胞信号传导与基因调控网络重新设计，开发“在体”（invivo）或“湿”的生物计算机或细胞机器人，从而产生了另种方式的纳米机器人技术。二、纳米机器人的应用用纳米机器人潜在用途十分广泛，其中特别重要的就是应用于医疗和军

2、事领域。应用之一：医用纳米机器人第一代纳米机器人是生物系统和机械系统的有机结合体。这种纳米机器人可注入人体血管内，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，可以用其吞噬病毒，杀死癌细胞。第三代纳米机器人将包含有纳米计算机，是一种可以进行人机对话的装置。这种纳米机器人一旦问世将彻底改变人类的劳动和生活方式。2010年5月，美国哥伦比亚大学的科学家成功研制出一种由脱氧核糖核酸(DNA)分子构成的纳米蜘蛛机器人。它们能够跟随DNA的运行轨迹自由地行走、移动、转向以及停止，并且能够自由地在二维物体的表面行走。这种纳米蜘蛛机器人只有4纳米

3、长(一纳米为一米的十亿分之一)，比人类头发直径的十万分之一还小。科研人员研发出一种微型纳米粒子，可以通过患者的血流进入肿瘤，然后释放出药物，关掉一种非常重要的癌症基因。这项研究成果已经发表在《自然》杂志上。以色列科学家目前正在研制一种微型纳米机器人。它可以在人体内“巡逻”，在锁定病症后自动释放所携带的药物。这种技术的原理是：在编程过程中将某种特定疾病定义为“是”状态。“巡逻”过程中，机器人可执行一系列计算，检查所在位置处信使核糖核酸(mRNA)上的疾病指标，如果某种特定疾病的所有指标都满足，机器人就会做出应该释放药物的判断；如果检测到的指标并不充分，它最后会位于“否”的状态。其他应用

4、举例：直接前往感染部位，提供小剂量却有效的药物治疗，相应减少药物的副作用。携带小型超声波信号发生器治疗肾结石。在人血中放入纳米巡航工具，能自动寻找沉积于静脉血管壁上的胆固醇，然后将它们一一分解。将由硅晶片制成的存储器（ROM）微型设备植入大脑中，与神经通路相连，可用以治疗帕金森氏症或其他神经性疾病。应用之二：军用纳米机器人首先，将纳米机器人应用到传统的武器技术装备中去，通过改善其制造材料、制作工艺、指控系统、制导系统、运输和储存方式，提高传统武器技术装备的战术技术性能，加强传统作战手段的杀伤效能。其次，开发新的人体作战手段和作战方式，比如研发出能堵住人脸、鼻、口、眼的纳米微型组件，或

5、能粘住手、脚的纳米微型组件等等。再次，对现有的化学和生物体进行改造或研发出新型的化学或生物体，并将其注入到人造或杂交的昆虫体内，通过昆虫将这些带有杀伤性的化学或生物体传播到敌国军民的身体之中。最后，纳米机器人在进入敌人身体后，可通过自我复制或自我繁殖的方法迅速在敌方阵营中扩散。美国国防部先进研究项目局(DARPA)与工业部门正在研制一种会飞的军用纳米机器人。这种纳米机器人只有昆虫大小或鸟类大小；它不容易被发现，具有致命性、廉价、快速反应、持续作战、机动性等特点。美国计划在2015年之前制造出鸟类大小的可以侦察大规模杀伤武器的纳米机器人，在2030年之前制造出昆虫大小的可以侦察大规模杀

6、伤性武器的纳米机器人。AV公司于2011年7月研制出一种用于侦察的纳米蜂鸟机器人。它装配不少纳米级元器件。这款机器人被《时代》周刊评为2011年度五十项最佳发明之一。进入21世纪，科技发展如火如荼，军事变革风起云涌。站在历史新起点上审视，到底什么科技能够像核武器一样，对未来军事产生革命性的影响？近来国外军事专家纷纷预言：纳米机器人离我们的战场并不遥远,它们在世界范围不仅将引领一场真正意义的战争革命,并将同时推进作战理念、作战方法的根本改变。三、面临的难题全自动化或自主化的纳米操作机器人机器人化纳米操作系统（1）驱动装置压电陶瓷驱动器（2）传感装置AFM探针等（3）控制系统高精度定位（

7、4）人机（宏观----微观）交互装置与接口比例放大比例缩小三、面临的难题为了让纳米机器人具有实用性，需要重点解决三个问题：导航动力移动方式3.33.13.2导航机制导航可以分为外部导航和机载导航。3.1.1外部导航系统：发送探测信号来定位。可以使用很多不同的方法指示纳米机器人到达正确的位置。其中一种是让纳米机器人发出超声波脉冲信号，使用者通过使用带有超声波传感器的特殊设备来检测信号，从而跟踪纳米机器人的位置，指引它去往目的地。其他检测方法也包括放射性染料、