納米機器人2納米機器人結構運動原理1納米機器人結構體系與工作原理3納米機器人控制系統構成4納米機器人的應用目錄結構體系與工作原理

納米機器人的研制屬于分子仿生學的范疇，它根據分子水平的生物學原理為設計原型，設計制造可對納米空間進行操作的“功能分子器件”。

納米生物學的近期設想，是在納米尺度上應用生物學原理，發現新現象，研制可編程的分子機器人，也稱納米機器人。

目前依照納米機器人的結構構成以及研究進展，納米機器人主要可分為三代：

第一代是生物系統和機械系統的有機結合體，例如用碳納米管做結構件，分子馬達作為動力組件，DNA關節作為連接件等；

第二代是直接利用原子或分子裝配成具有特定功能的納米尺度的分子裝置，例如直接用原子、DNA片段或者蛋白質分子裝配成生物納米機器人；

第三代將包含有控制器，如納米芯片、納米計算機等。結構體系與工作原理其中動力部件為納米驅動器或分子馬達，如無機材料建造的納米電機、病毒蛋白直線VPL馬達、ATP馬達、DNA馬達、鞭毛馬達等；結構件、連接件由無機納米材料或者生物物質構建，如TNC、DNA關節、蛋白質等；傳感器由可感知生化信號的納米傳感器組成；第三代納米機器人甚至包含控制器或生物計算機。結構體系與工作原理研制納米機器人的可能途徑：化學模擬模擬酶

化學家很早就開始模擬酶分子的活性中心結構制造“模擬酶”，這實際上就是在研制納米機器人，因為每一個酶分子都是一個活生生的納米機器人。

但是目前只模擬了酶活性中心功能基團在空間位置上的配置，未模擬功能基團在催化底物反應時出現的動作，這種動作應當足以打開一個化學鍵或者合成一個化學鍵。

一旦模擬出具有催化動作的“模擬酶”，化學合成的納米機器人也就誕生了。結構體系與工作原理研制納米機器人的可能途徑：利用分子的自組合原理裝配機器人脂類分子構成的微囊泡

生物分子在各個層次上存在著自組合的性質，利用分子的自組合特性裝配納米機器人是一個值得探索的途徑。

比如構成生物膜的脂類分子在水溶液中會自組合成雙分子層微囊泡，科學家利用這種微囊泡把抗癌藥包裹起來，避免藥物對正常細胞的殺傷作用。利用抗體分子對抗原的專一識別作用，把一種專一識別癌細胞特有抗原分子的抗體分子裝在微囊泡表面，如此制成的藥物載體如同“生物導彈”。研制納米機器人的可能途徑：利用生物分子作為分子功能器件組裝納米機器人結構體系與工作原理ATP酶

ATP酶作為分子發動機的研究已經在西方形成熱點領域。ATP酶在生物體內是執行能量轉換的關鍵分子之一，它和呼吸鏈酶系共同組成線粒體的能量轉化體系。

呼吸鏈傳遞電子是通過幾個生物大分子的氧化還原變化而實現的，這些大分子按照氧化還原電位的高低有序地把底物電子逐一傳遞，最終把電子傳遞給氧。作為分子馬達進行研究的ATP酶和呼吸鏈的四個復合物共同組成線粒體的能量轉化體系。納米機器人的導航機制

導航可以分為外部導航和機載導航。外部導航系統：發送探測信號來定位。可以使用很多不同的方法指示納米機器人到達正確的位置。其中一種是讓納米機器人發出超聲波脈沖信號，使用者通過使用帶有超聲波傳感器的特殊設備來檢測信號，從而跟蹤納米機器人的位置，指引它去往目的地。其他檢測方法也包括放射性染料、X射線、無線電波或熱量等。機載導航系統：內部傳感器。

一個帶有化學傳感器的納米機器人可以探測并根據特定的化學物質進行追蹤，找到目的地。光譜傳感器，能夠從周圍采樣，探知周圍物體發出的光譜，發現所要尋找的部位。納米機器人的動力來源可以從兩個方面來考慮，一種是納米機器人的動力有可能是來自內部。另一種，納米機器人的動力有可能是來自外部，從周圍環境中獲取能量。納米機器人動力系統

6月22日，新加坡科學技術研究局材料研究與工程研究所的科學家，研制出世界首個附在原子軸上的分子級齒輪，其大小僅為1.2納米，旋轉也能收到精確控制。制造出原子大小的齒輪并不困難，但實現對微型齒輪運動的精確控制卻并非易事。這些科學家通過對位于原子軸上的納米齒輪及掃描隧道顯微鏡尖端間的電子連接進行操控，實現了對齒輪旋轉的良好控制，從而解決了無序運動這一科學難題。納米齒輪2009年度“十大科學新聞”評選候選新聞：科學家研制出納米齒輪納米機器人的移動方式科學家希望從微生物中獲取靈感。如草履蟲可以滑動纖毛在水中活動，細菌通過舞動鞭毛可以自由移動。納米機器人也可能通過振動膜的交替收縮和擴張來產生微弱的動力，使其移動。由于現在發明了足夠小的分子馬達來充當納米機器人的發動機，納米機器人可以有多種移動方式。納米機器人控制系統分類1.對于非全自主性納米機器人主要基于燕子李顯微鏡以及力反饋傳感器將納米環境中的信息經過比例放大后反饋給操作者，操作者根據傳感器信號給出控制指令。2目前國際上還沒有研制出真正意義全自住納米機器人，但關于納米機器人的控制系統的理論研究以及仿真工作依然是研究的熱點問題。納米機器人的控制系統與傳統控制系統在硬件上并沒有什么本質區別，只是要求上，尺寸更小到納米級別，同時在位姿控制上，由于納米環境與宏觀環境不同，對控制算法的要求更高。納米級傳感器：包括接觸和非接觸式傳感器。如激光掃描器，紅外傳感器，超聲傳感器。納米級板載控制器：包括一個90nm尺寸的Inter的CPU，包括一個52mb（兆）的SRAM（一種具有靜止存取功能的內存）。執行機構：一對雙向槳用于液體環境中導航。納米機器人控制系統構成納米級傳感器納米控制系統板載控制器執行驅動機構納米機器人控制系統構成納米機器人控制系統構成納米機器人控制構成納米機器人控制系統構成二值化傳感器其中傳感器的作用主要是探測未知環境中的障礙物的存在以及三維空間位置的定位，這可以通過接觸式或者紅外傳感器來實現，基于左右兩側的傳感器來進行導航。當某一邊的傳感器測到障礙物時這邊的傳感器就會返回給控制器一個1值，而沒有檢查到到障礙物的一邊的傳感器就會返回給控制器一個0值，采用這種二值化的方法來表示傳感器的一種優勢就是不需要考慮各種傳感器的不同出入信號，而統一采用這種二值化法表示，方便了后續控制器的設計。納米機器人發展早在1990年，美國貝爾實驗室就成功地制造出了極其微小的納米機器人。這種只有跳蚤般大小的機器人由許多齒輪等零件、渦輪機及微電腦組成，其零件小得猶如空氣中漂浮的塵埃。2000年，美國波士頓大學又制造出了一種世界上最小的分子馬達。該馬達僅由78個原子組成。幾乎同時，日本和荷蘭也研制出另一種用太陽能驅動的分子馬達，它能在光的照射下連續不斷地旋轉。納米機器人發展美國康奈爾大學研究人員在活細胞內的能源機制啟發下，制造出了另一種分子馬達。這種微馬達以三磷酸腺苷酶為基礎，依靠為細胞內化學反應提供能量的高能分子三磷酸腺苷(ATP)作為能源，再把由金屬鎳制成的螺旋槳連接到三磷酸腺苷酶分子中軸上，制造了400個分子馬達。當它們被浸入ATP溶液中后，其中有5個轉動了起來，轉速達到8r／s。納米機器人的醫學應用

納米技術與仿生學結合研制的納米醫用機器人將會給人類醫學帶來巨大的變革。納米醫用機器人可以邀游于人體內，能在血液和細胞介質中工作，也能在血管中游走。因此，它們可以用來捕捉和移動單個細胞，也可以用來清除血管壁甚至心臟動脈上的脂肪沉積物，激發血細胞的活性，完成醫生不能完成的血管修補等“細活”。納米醫用機器人也可以進入人體組織的間隙里清除病毒細菌或癌細胞。甚至可以代替外科手術，修復心臟、大腦和其他器官等，并可作整容手術。納米機器人的醫學應用納米醫用機器人可在人體血管中穿行，可以準確地探測到病變發生的位置，并且可以針對單個的病變細胞釋放精確劑量的藥物，將藥物的副作用降到最低程度，以達到最快最佳的療效。納米機器人的醫學應用同時，可以探測人體內化學和生物化學成分的變化，適時地釋放藥物及人體所需的微量物質，改善人體的健康狀況。這將是21世紀內科疾病治療的革命。當然，它們也可以用來對人體進行定期的健康檢查。納米機器人醫學應用舉例韓國全南大學的一個科研小組日前研發出了世界上首個可以抗癌的納米機器人，它可對乳腺癌、結腸和直腸癌等高發性癌癥進行診斷和治療，并已經在動物實驗中取得成功。這是一種新式的具有強大滅殺能力的納米醫學機器人，這種機器人可以“嗅探”出并殺死癌細胞，同時還不會損害正常細胞。科學家稱，這款納米機器人直徑為３千分尺，由生物體細菌和藥物推進器兩部分構成。據了解，機器人能準確找到引發癌癥的病源，而在找到癌癥發病處后，藥物推進器會釋放經過基因修改的無害細菌和抗癌藥物來攻擊癌細胞。研究小組表示，抗癌機器人已在老鼠身上成功實驗。納米細胞在軍事中的應用未來的軍事力量及未來的戰爭都將越來越取決于一個國家在新式武器研發中科學技術的含量。那種完全依靠人海戰術的戰爭將一去永不復返。軍用納米機器人，俗稱為“螞蟻士兵”，是一種比螞蟻還要小的靠太陽能電波驅動的具有驚人破壞力的機器人。它們可以通過多種途徑潛入敵方的軍事要害部門開展偵察活動，甚至直接攻擊目標。比如，用特種炸藥引爆目標，破壞敵方的電子設備與電腦網絡(如使其短路毀壞)，施放各種化學制劑，甚至埋設微型地雷和充當爆破手。這種納米機器人還可以充當潛伏特務，隱藏在主機設備中可以長達數十年之久；平時相安無事，一旦戰事爆發，通過微型遙控裝置破壞敵方作戰系統