妳可曾想過利用納米機器將可以壹次壹個原子地制作鉆石嗎？從表面上看，這樣的說法不現實：某壹項技術的用途多得令人難以置信，它可以治療疾病，延緩衰老，清除體內廢物，增加人類的食品供應，分解各種廢物，為妳打掃房間，消滅害蟲。而且，這只是開始。然而這恰恰就是納米技術支持者預測能夠實現的現實，甚至是可能在21世紀上半葉結束之前就變成現實的預言。
盡管有關納米技術的想法聽起來很難理解，但它確實屬於主流科學，遍布全世界的實驗室都在設法使其發揮作用。事實上，早在1959年，被認為是愛因斯坦之後擁有最高智慧的理論物理學家理查德·費曼發表了壹個題為《底部有很大空間》的談話，在談話中他提到也許有壹天人們會造出幾千個原子組成的微型工具。
這樣壹臺機器的好處有很多。它可以使用分子甚至是單個原子作為基本構件，建設規模最小的建築工程。這就意味著人類可以從零開始制造幾乎任何東西。因為化學和生物學說到底就是分子結構的改變和原子重排，而制造只不過是聚集大量原子並使它們組成有用物品的過程。
事實上，每個細胞都是活生生的納米機器的例子。它們不僅可以將養分轉變成能量，還能根據DNA上的信息制造並輸出蛋白質和酶。
但是，由於細胞各自具有固有的功能，使用生物技術制造納米機器很受限制。而納米技術的預測者們卻有許多雄心勃勃的想法。設想中的壹種納米機器可以把天然碳分子逐個排列，制成完美無缺的鉆石；另壹種機器可將有毒物質的分子逐個分解；壹種可以在人體血液中運動的裝置，它能發現並分解血管壁上沈積的膽固醇：還有壹種裝置可將剪下的雜草改造成面包。事實上，世界上從電腦到汽車的每壹件實物都是由分子或原子組成的，而納米機器原則上可以制造出所有這些物品。
當然，從理論到實踐是壹個相當艱巨和困難的過程。但是，納米科學家和工程師們已經證明，可以利用掃描隧道電子顯微鏡等工具移動原子個體，使它們形成在自然界中永遠不可能存在的排列方式，比例為百億分之壹的世界地圖，或壹把琴弦只有50納米粗的亞顯微鏡吉他。他們還設計了由幾十個分子構成的微型齒輪和發動機。
納米技術的專家期望在25年內超越這些科學的預測，制造出真正的、實用的納米機器，這些機器具有可以操縱分子的微型“手指”和指揮這些手指如何尋找、如何改造所需原材料的微型電腦。這些手指完全可以由碳納米管制成。碳納米管是1991年發現的壹種管狀的碳結構，其強度是鋼的100倍，直徑只有頭發的5萬分之壹。
納米機器中電腦也可以由納米管制成，納米管既可以用做晶體管，也可以用做接晶體管的導線。電腦也可以由DNA制成，通過改變這些DNA的結構，可以使其執行人為的指令。如果配備了適當的軟件，並具備充分的靈活性，納米機器人可以制造任何東西。
納米機器人
我們平時常見的機器和工具，最小能夠達到的程度，是以我們的肉眼可以看見的外形為依據的。1986年，美國福賽特研究所的德雷克斯勒博士在自己的著作《創世的引擎》中提出了分子納米技術的概念。他所說的分子納米技術，就是使組合分子的機器實用化；從而可以任意組合所有種類的分子，並可以做出任何種類的分子結構。僅就他提倡的分子納米技術來說，其後並未取得重大進展。他的觀點是，微型機器可以利用自然界中存在的所有廉價材料制造任何東西。這種觀點在專家的議論中出現，顯得太離奇了。但從另壹個角度看，他卻揭示了壹個人類在21世紀中將會大規模進軍的領域——微觀機器人領域。
自機器人間世以來，人們已壹致公認機器人是“解放人類的工具”。那麽，什麽樣的機器才稱得上是機器人呢？壹般說來，機器人是指靠自身動力並有控制能力來實現各種功能的壹種機器。聯合國標準化組織采納了美國機器人協會給機器人下的定義：“壹種可編程和多功能的，用來搬運材料、零件、工具的操作機；或是為了執行不同的任務而具有可改變和可編程動作的專門系統。”
機器人是壹個總稱，它種類繁多，按發展過程可以分為三代；第壹代指只有“手”的機器人，以固定程序或可編程序工作，不具有外界信息的反饋。這種機器人也稱“示教再現型”機器人。第二代對外界信息有反饋能力，具有觸覺、視覺、聽覺等功能，叫“感覺型”機器人，又稱“適應型”機器人。第三代具有高度的適應性，有自行進行學習、推理、決策、規劃等功能，這種機器人被稱為“智能型”機器人。
微型機器人又稱為“明天的機器人”，它是機器人研究領域的壹顆新星，它同智能機器人壹起成為科學追求的目標。發展微型和超微型機器人的指導思想非常簡單：某些工作若用壹臺結構龐大、價格昂貴的大型機器人去做，不如用成千上萬個非常低廉的細小而極簡單的機器人去完成，這正如壹大群蝗蟲去“收割”壹片莊稼，要比使用壹臺大型聯合收割機快。微型機器人的發展依賴於微加工工藝、微傳感器、微驅動器和微結構四個支柱。這四個方面的基礎研究有三個階段：器件開發階段、部件開發階段、裝置和系統開發階段。現已研制出直徑20微米、長150微米的餃鏈連桿，200微米×200微米的滑塊結構，以及微型的齒輪、曲柄、彈簧等。貝爾實驗室已開發出壹種直徑為400微米的齒輪，在壹張普通郵票上可以放6萬個齒輪和其他微型器件。德國卡爾斯魯核研究中心的微型機器人研究所，研究出壹種新型微加工方法，這種方法是X射線深刻蝕、電鑄和塑料膜鑄的組合，深刻蝕厚度是。10～1000微米。
微型機器人的發展，是建立在大規模集成電路制造技術的基礎上的。微驅動器、微傳感器都是在集成電路技術基礎上用標準的光刻和化學腐蝕技術制成的。不同的是集成電路大部分是二維刻蝕的，而微型機器人則完全是三維的。微型機器人和超微型機器人已逐步形成壹個牽動眾多領域向縱深發展的新興學科。
微型機器人可以在原子級水平上工作。例如，外科醫生能夠遙控微型機器人做毫米級視網膜開刀手術，在眼球運動的條件下，進行切除彈性網膜或個別病理細胞，接通切斷的神經，在病人體內或血管中穿行，發現癌細胞立即把它們殺死以及刮去主動脈上堆積的脂肪等。用微型機器人胃鏡可以放進胃內對胃進行全面檢查。
微型機器人的作業能力達到了分子、原子級水平，已遠遠超過了藝術家在頭發絲上作畫的程度了。微型機器人還可以用於精密制造業的加工，用它制造存儲量更大的電腦存儲芯片，以及加工精度極高的“超平面磨床”等。
應用微型機器人技術，可以便各種各樣的航天測量變得更為輕巧，磁帶錄音機之類的家用電器也會變得更加小巧和多用，電視屏幕可以做得既大又薄，其上各點的光亮度，可以用微型機器人自動控制。微型機器人也將使機械學發生壹場革命。
微型和超微型機器人的應用領域非常廣闊，它可以用於航海、農業；通信、航空航天、家庭和醫療等方面。例如：扔下成千上萬個微型機器人去咀嚼輪船底部的貝類和苔蘚，能節省航行能源。將成千上萬個微型機器人撒在土豆地內，讓它們去咬死害蟲，使土豆有好收成。飛行微型機器人載著濕度儀和紅外傳感器在田野上飛翔，當發現農田有幹旱現象時，便降落在灌溉系統的閥門上，將幹旱信息傳輸給傳感器，打開閥門，定量灌溉農田。
微型機器人可以攜帶攝像機和微型光纖，進入人類無法到達的地方去觀察環境，存儲或傳輸圖像。當地下電纜斷了以後，讓成千上萬個微型機器人沿著屯纜爬行，爬到斷頭時，便讓雙手搭在前端斷頭上，於是微型機器人便成為連接導線，永久留在電纜上。
微型機器人可以清潔、修理空間望遠鏡，檢查宇宙飛船熱屏蔽罩，給飛機機罩除冰。如果將大量的飛行微型機器人部署在其他星球上，機器人則可以發回各種所需的信息。
每天晚上可以放出微型機器人在商店和倉庫附近放哨，防止盜竊者進入。微型機器人還可以在住房隱蔽處除塵，進入家用電器內部檢查和維護。
微型機器人能力的評價標準有：智能，指感覺和感知，包括記憶、運算、比較、鑒別、判斷、決策、學習和邏輯推理等；機能，指變通性、通用性或空間占有性等；物理能，指力、速度、連續運行能力、可靠性、聯用性、壽命等。因此，可以說微型機器人是具有生物功能的空間三維機器。
盡管迄今尚未出現智能微型機器人，但是大部分的機器人研究機構的科學家都認為到2040年，智能微型機器人將達到人的智力水平，也許還能達到人的意識水平。然後，智能機器人會得到進壹步改進。人與機器之間最終將建立壹種***生關系，兩者合並為能夠大大擴展智力的“後生物體”。美國麻省理工學院人工智能專家馬文·明斯基預見到未來的智能機器人：人將把大腦的思維下載給計算機控制的機器替身，形成幾乎無限的信息和數據。這種狀況標誌著人類壹個新的開發階段的開始。
另有壹種微型機器人，是由東芝公司和名古屋大學制造的。這個只有1.5厘米大小的微型機器人是靠液體壓力驅動橡皮制成的動作器而自由行動的，這種微型機器人不帶供給能源的纜線，可在內徑只有6毫米的細管內移動，且今後可能發展成為在血管中自行移動，是壹種能治療或診斷疾病的微型機器人。
對於微型機器人，有的科學論著把其說成是壹個模仿人，的動作的微型機器，其實不完全如此。美國麻省理工學院電動機工程師阿尼塔·弗林研制成功了壹臺精密型機器人，它借助自身的動力，能爬行、步行、跳躍、旋轉，而且還具有視覺銳利、聽覺靈敏、感覺準確的特點。現在科學家們正試圖研制超微型機器人。他們預言，到2l世紀這種超微型機器人如果研制成功，它可以像紅細胞那樣註入人體內，從溶解在血液內的葡萄糖和氧氣中獲得能量，並按照編好的程序，探試、辨識、過濾、清除人體內的病毒，保持肌體的健康。1994年8月，美國麻省理工學院的專家們開始研制高4毫米的帶馬達的微型機器人。據他們估計，這種微型機器人由於非常微小，能進入人體做手術，再用十幾年時間，這種機器人就能試制成功，投人生產和使用。
將來的納米機器人可以合成妳想要的任何東西，科學家設想在未來納米機器人的幫助下，我們甚至可以從因特網上下載硬件。這是邁特公司納米技術權威詹姆斯·埃倫博根作出的預測。該公司是五角大樓資助的、設在弗吉尼亞州麥克萊思的壹家研究中心。
埃倫博根對他提出的下載硬件的景象作了引人入勝的解釋：“人們可以想壹想當今下載軟件是什麽情形，是以改變分子團磁性特征的方式重置磁盤的物質結構。如果計算機的內容不超過分子團的體積，就可以通過重新排列磁盤上的分子制造芯片。”埃倫博根說，研究人員已經忙於研制體積只有針頭大小的計算機，“這種納米計算機的各個部件比我們現今用在磁盤驅動器上裝載信息的物理結構小得多。因此，在不久的將來，我們將能夠像今天下載軟件壹樣從網絡裏下載硬件。”
從物理意義上再生產壹些硬件下載產品將需要新的磁盤驅動器。壹種設想是用極為尖細的點束制造壹種讀寫磁頭，以某種方式刺激原子和分子。利用十年來在掃描隧道電子顯微鏡及相關技術方面取得的研究成果，分別由斯坦福大學的卡爾文·奎特和康奈爾大學的諾埃爾·麥克唐納領導的兩個科學家小組從事這方面的研究。
埃倫博根說：“壹旦我們掌握了制造體積不超過鹽粒大小的計算機的技術，我們就會從根本上處於壹種新的形勢。”體積如此微小的計算機將非常便宜，因而隨處都可使用計算機。嵌在內衣裏的計算機將告訴洗衣機應當用什麽水溫洗滌內衣。圓珠筆筆芯中的墨水即將用完的時候，嵌在筆中的計算機將提醒妳更換筆芯。嵌在鞋裏的計算機將向汽車發出信號，把主人走過來的信息通知汽車，讓汽車調整好座位和反光鏡並打開車門。
科學家設想了壹個叫做“納米盒”的東西，來實現上面的下載硬件的想法。這是壹種把納米制造技術與現今所謂的臺式制造方法相結合的未來復印機。如果妳需要壹部新的蜂窩電話，妳可以通過網絡購買壹種制作蜂窩電話的方法。它將告訴妳插入壹個塑料片，把導電分子註入“色粉”盒中。納米盒將把塑料片來回移動，記下分子的形式，然後通過壹定方法指引分子自行組裝成電路和天線。下壹步是，納米盒利用不同的“色粉”加上號碼鍵、揚聲器和麥克風，最後制造外殼。
不要指望在2020年以前能出現這種精巧的小裝置，下載納米級計算機電路的試驗最早不會早於2005年。在隨後的10年中，納米制造系統可能用於“寫物質”壹初步生產納米芯片。
納米技術的壹個分支分子電子學已經朝著實現這個目標取得了具體的進展。由洛杉磯加利福尼亞大學和惠普實驗室科學家組成的研究小組找到了壹種由分子自行組裝的所謂的邏輯門。惠普實驗室研究人員菲利普·庫克斯說，這個研究小組下壹步的目標是縮小芯片上的線路，旨在生產出“單邊為100納米的芯片”。他還說：“目前的芯片生產成本之所以非常昂貴，是因為生產機械需要有極高的精確度。但是采用化學方法制造，我們可以像柯達公司生產膠片那樣，生產出長卷，然後只需切成小塊就行了。”
這樣的設想引起了華盛頓的興趣。美國國防高級研究計劃局已經實施了壹項分子電子學研究計劃。國會似乎急切地想大大增加納米技術的研究經費。壹項計劃將使納米技術的研究經費在今後幾年中翻壹番。白宮可能也會表示贊成，因為白宮已經把納米技術列為11個關鍵研究領域之壹。
邁特公司埃倫博根領導的研究人員在最近取得的新成果是設計出壹種用於組裝納米制造系統的微型機器人。目前設計出的這種機器人的長度約為5毫米。但是，假設能利用納米制造技術使這種機器人的體積不斷縮小，它最終的體積可能不會超過灰塵的微粒。
體積微小的機器人能夠像納米技術的倡導者埃裏克·德雷克斯勒設想的那樣，用於操縱單個原子。德雷克斯勒在1986年出版的《創世的引擎》壹書中對納米技術的潛在用途作了壹番引人入勝的描述。應該說是德雷克斯勒開創了納米技術時代，並啟發人們作出如下的種種設想：成群的肉眼看不見的微型機器人在地毯上或書架上爬行，把灰塵分解成原子，使原子復原成餐巾、肥皂或納米計算機等諸如此類的東西。
雖然用原子制造計算機仍然是壹個相當遙遠的夢想，但是埃倫博根認為很快能取得研究成果。他說：“我敢打賭，分子電子學近期內能獲得突破。”這似乎是為納米技術下的壹個大膽的賭註。