纳米知识窗

一、什么是纳米技术

纳米技术是指制造尺寸如分子般大小的机械装置的科学,这些机器能移动单个原子。其名称出自纳米(nanometer)这一长度单位,1纳米为10亿分之一米,最早源于物理学家理查德·费恩曼在1959年的一次演讲,当时他提出用原子操作物质原子的构想。

纳米机器人是纳米生产制造世界的劳动大军。顾名思义,这些机器人的大小为纳米量级。它们用微小的手臂拾起并移动原子,靠超微电脑指导自己的行动。纳米机器人基本分为两种:普通装配工和自我复制工。

这些分子大小的机器人可能安装有手指来操作原子,安装有探针来区别不同的原子或分子,并输入程序指挥机器人的行动。

无论制作任何东西,也无论其尺寸多大,都需要大量的装配工。举例来说,如果需要建设一幢摩天大楼,首先让一小群装配工大量复制(克隆)自己,当数量达到万亿计后,再开始大楼的建造工作。

常规的建造方法是至上而下(Top-Down):先将大块的钢材、木头、塑料、石头进行处理,加工成需要的大小和形状。相反,纳米技术则是从下至上(Bottom-Up):将原子逐一组合起来形成需要的形状。我们知道,至下而上的方法是可行的,因为生物学就是这样的范例。蛋白质由单个的原子和分子组成,蛋白质组合起来形成细胞,一层层细胞合成大的、复杂的生物体。

二、纳米技术的应用

物理世界的一切均由原子构成。由于纳米机器人能操作移动原子,因此原则上纳米机器人能制造从苹果到飞机等任何东西。纳米机器人有可能采用碳素纳米管制成。

纳米机器人十分微小,能组成上百万“人”的集团大军,在人体内游荡,消除血栓,群歼病毒和细菌,清除血液中的毒素,修复受损血管,以及完成医生梦想不到的许多其他治疗。将特殊的纳米机器人倾倒于泄漏的原油、有害废弃物场地或受污染的水流中,它们能搜寻到有害分子,并将这些分子逐一去掉或改变其结构,使有害分子无害甚至有利于环境。

火柴盒大小的超微计算机速度更快、容量更大,但无法利用常规方式生产制造。纳米机器人能轻而易举地从原子级尺寸开始,完整地构造电子器件,丝毫无误地将用纳米管制作的电路逐一连接起来。

钻石具有极高的透明度和超级强度,是理想的建筑材料,但加工处理极为困难。然而,纳米机器人能将钻石雕琢成任意形状,如厚度仅为几毫米的防划痕玻璃。更有意义的是,由于钻石的基本原料为普通碳原子,因此用纳米机器人能制造出钻石,其价格同玻璃一样便宜。