納米機器人分析右圖是英國畫師AdamBaines的科幻作品一、納米機器人的構想“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。合成生物學對細胞信號傳導與基因調控網絡重新設計，開發“在體”（in

vivo）或“濕”的生物計算機或細胞機器人，從而產生了另種方式的納米機器人技術。

二、納米機器人的應用用納米機器人潛在用途十分廣泛，其中特別重要的就是應用于醫療和軍事領域。應用之一：醫用納米機器人第一代納米機器人是生物系統和機械系統的有機結合體。這種納米機器人可注入人體血管內，進行健康檢查和疾病治療。第二代納米機器人是直接從原子或分子裝配成具有特定功能的納米尺度的分子裝置，可以用其吞噬病毒，殺死癌細胞。第三代納米機器人將包含有納米計算機，是一種可以進行人機對話的裝置。這種納米機器人一旦問世將徹底改變人類的勞動和生活方式。

2010年5月，美國哥倫比亞大學的科學家成功研制出一種由脫氧核糖核酸(DNA)分子構成的納米蜘蛛機器人。它們能夠跟隨DNA的運行軌跡自由地行走、移動、轉向以及停止，并且能夠自由地在二維物體的表面行走。這種納米蜘蛛機器人只有4納米長(一納米為一米的十億分之一)，比人類頭發直徑的十萬分之一還小。

科研人員研發出一種微型納米粒子，可以通過患者的血流進入腫瘤，然后釋放出藥物，關掉一種非常重要的癌癥基因。這項研究成果已經發表在《自然》雜志上。以色列科學家目前正在研制一種微型納米機器人。它可以在人體內“巡邏”，在鎖定病癥后自動釋放所攜帶的藥物。這種技術的原理是：在編程過程中將某種特定疾病定義為“是”狀態。“巡邏”過程中，機器人可執行一系列計算，檢查所在位置處信使核糖核酸(mRNA)上的疾病指標，如果某種特定疾病的所有指標都滿足，機器人就會做出應該釋放藥物的判斷；如果檢測到的指標并不充分，它最后會位于“否”的狀態。其他應用舉例：直接前往感染部位，提供小劑量卻有效的藥物治療，相應減少藥物的副作用。攜帶小型超聲波信號發生器治療腎結石。在人血中放入納米巡航工具，能自動尋找沉積于靜脈血管壁上的膽固醇，然后將它們一一分解。將由硅晶片制成的存儲器（ROM）微型設備植入大腦中，與神經通路相連，可用以治療帕金森氏癥或其他神經性疾病。應用之二：軍用納米機器人首先，將納米機器人應用到傳統的武器技術裝備中去，通過改善其制造材料、制作工藝、指控系統、制導系統、運輸和儲存方式，提高傳統武器技術裝備的戰術技術性能，加強傳統作戰手段的殺傷效能。其次，開發新的人體作戰手段和作戰方式，比如研發出能堵住人臉、鼻、口、眼的納米微型組件，或能粘住手、腳的納米微型組件等等。再次，對現有的化學和生物體進行改造或研發出新型的化學或生物體，并將其注入到人造或雜交的昆蟲體內，通過昆蟲將這些帶有殺傷性的化學或生物體傳播到敵國軍民的身體之中。最后，納米機器人在進入敵人身體后，可通過自我復制或自我繁殖的方法迅速在敵方陣營中擴散。美國國防部先進研究項目局(DARPA)與工業部門正在研制一種會飛的軍用納米機器人。這種納米機器人只有昆蟲大小或鳥類大小；它不容易被發現，具有致命性、廉價、快速反應、持續作戰、機動性等特點。美國計劃在2015年之前制造出鳥類大小的可以偵察大規模殺傷武器的納米機器人，在2030年之前制造出昆蟲大小的可以偵察大規模殺傷性武器的納米機器人。AV公司于2011年7月研制出一種用于偵察的納米蜂鳥機器人。它裝配不少納米級元器件。這款機器人被《時代》周刊評為2011年度五十項最佳發明之一。

進入21世紀，科技發展如火如荼，軍事變革風起云涌。站在歷史新起點上審視，到底什么科技能夠像核武器一樣，對未來軍事產生革命性的影響？近來國外軍事專家紛紛預言：納米機器人離我們的戰場并不遙遠,它們在世界范圍不僅將引領一場真正意義的戰爭革命,并將同時推進作戰理念、作戰方法的根本改變。三、面臨的難題全自動化或自主化的納米操作機器人機器人化納米操作系統（1）驅動裝置

壓電陶瓷驅動器（2）傳感裝置AFM探針等（3）控制系統高精度定位（4）人機（宏觀----微觀）交互裝置與接口

比例放大比例縮小三、面臨的難題為了讓納米機器人具有實用性，需要重點解決三個問題：導航動力移動方式3.33.13.2導航機制導航可以分為外部導航和機載導航。3.1.1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。3.13.1.2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。3.1導航機制3.1.2機載導航系統：內部傳感器舉例：納米生物傳感器納米生物傳感器是納米生物機器人獲取信息及進行運動控制的重要部件，目前主要研究利用碳納米管、蛋白質、色素、硅懸臂等的機械、光學、化學、電及生物特性進行設計。

（后邊圖片詳細）熱激因子(HSF)蛋白在環境變化時結合到DNA并使溶液顏色變化，據此Tufts大學將蝕刻后充滿寡核苷酸功能化微球的光纖束制成了光學DNA生物傳感器平臺，進行單核苷多態(SNPs)辨別或者探測病態的DNA，及監測DNA和蛋白質的相互作用。基于HSF的納米生物機器人動力系統可以從兩個方面來考慮，一種是小到足以放進納米機器人體內的電池，另一種是利用核能。將來，納米機器人的動力最有可能是來自外部，從周圍環境中獲取能量。例如：配置電極直接從血流中獲取能量。攜帶少量化學物，這些化學物與血液結合產生反應，就能變成一種燃料。利用“塞貝克效應”，體溫溫差產生電壓差。

3.23.2動力系統舉例：納米生物機器人分子馬達(驅動器)分子馬達是納米生物機器人的核心部件，因此成為研究的熱點，按照組成物質和運動機理，可以分為基于蛋白質、DNA、ATP和鞭毛馬達的分子馬達．蛋白質分子馬達病毒蛋白馬達(利用病毒蛋白在PH值變化時構象變化而產生位移)馬達蛋白馬達(后邊舉例)(利用馬達蛋白沿微管運動的特性)Washington大學的Hess的納米技術中心，建立了一個基于馬達蛋白的，具有軌道、貨物碼頭和控制系統的分子火車系統．系統中特殊的馬達蛋白連接到填滿蛋白的小容器上，并沿著細胞的骨架傳輸它們．目前該分子火車能夠沿著加工路徑移動貨物，并可以控制kinesin軌道上微管的方向、向微管裝載貨物、用UV引導釋放ATP來開關分子火車.3.2動力系統舉例：納米生物機器人分子馬達(驅動器)分子馬達是納米生物機器人的核心部件，因此成為研究的熱點，按照組成物質和運動機理，可以分為基于蛋白質、DNA、ATP和鞭毛馬達的分子馬達．3.2.2DNA分子馬達DNA與蛋白質相比結構簡單，具有天然的互補自裝配特性，廣泛用于制造納米機器、關節和驅動器。（后邊舉例）世界上首個雙足納米生物機器人：雙腿由36個DNA堿基對構成，通過DNA上的錨定鏈和DNA軌道結合；非固定鏈DNA片斷使得錨定鏈從軌道上脫落下來，使機器人的雙腳沿著軌道向前尋找下一個結合錨定鏈，重復該過程就可以讓機器人沿預定軌道行走。3.2動力系統舉例：納米生物機器人分子馬達(驅動器)分子馬達是納米生物機器人的核心部件，因此成為研究的熱點，按照組成物質和運動機理，可以分為基于蛋白質、DNA、ATP和鞭毛馬達的分子馬達．3.2.3ATP分子馬達ATP合成酶位于細胞的雙分子膜間，利用膜內外的離子梯度來驅動分子馬達的旋轉，產生生物細胞賴以維生的能量貨幣ATP(三磷酸腺菅)，若反過來送給它ATP，則ATP合成酶的轉子會倒過來旋轉，因此可通過控制ATP添加的速度和濃度來控制分子馬達運轉。（后邊舉例）Comell大學Montemagno小組用特殊的結合材料涂在轉子狀分子上，再讓它與置于溶液中的螺旋槳接合，ATP水解時驅動螺旋槳以每秒8周的速度旋轉，從而擁有了向前的驅動力。3.2動力系統舉例：納米生物機器人分子馬達(驅動器)分子馬達是納米生物機器人的核心部件，因此成為研究的熱點，按照組成物質和運動機理，可以分為基于蛋白質、DNA、ATP和鞭毛馬達的分子馬達．3.2.4鞭毛馬達

鞭毛馬達位于細胞的包膜上，由10種以上的蛋白質群體組成，由相應的定子、轉子、軸承、萬向接頭等組成。鞭毛馬達是通過膜內外的粒子電化梯度來驅動的，該力稱為質子推動力PMF（ProtonMotiveForce）移動方式移動方式即推進系統。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。3.3

納米機器人執行任何任務包括自身復制都必須動用大量的納米機器。血液里可能存在數以百萬計的納米機器人；在每一個有毒廢物地點可能需要數以萬億計的納米機器人，要制造一輛汽車可能要調動數以一百億億計的納米機器人同時工作。然而沒有一個生產線可以生產如此巨大數量的納米機器人。

但是納米科學家眼中的納米機器可以做到這點。他們設計的納米機器人可以完成兩件事情：執行它們的主要任務和制造出它們自身完美的復制體。如果第一個納米機器人能夠制造出兩個復制體，這兩個復制體每個又可制造出兩個自己的復制體，很快就可以獲得萬億個納米機器人。思考潛在危險：虛擬環境中的納米生物機器人德國Darmstadt科技大學的Cavalcanti運用進化競爭代理(agent)和遺傳算法(GA)，結合先進圖形仿真技術進行納米機器人的裝配自動化研究。但是，假如納米機器人忘記停止復制會發生什么？如果沒有一些內建的停止信號，納米機器人忘記停止復制這種災難的可能后果將會是無法計算的。納米機器人在人體內快速復制能夠比癌癥擴散還要快地布滿正常組織；一個發瘋的制造食物機器人能夠把地球的整個生物圈變成一塊巨大的奶酪。

納米技術學家沒有回避危險，但是他們相信他們能控制災難的發生。其中一個辦法是設計出一種軟件程序使納米機器人在復制數代后自我摧毀。另一種辦法是設計出一種只在特定條件下復制的機器人，例如只有在有毒化學物質以較高濃度出現時機器人才能復制，或者在一個很窄的溫度和濕度范圍內機器人才能復制。思考潛在危險：就像電腦病毒的傳播一樣，所有以上這些努力都無法阻止那些不懷好意的人有意釋放某種納米機器人作為害人武器。事實上，一些批評家指出納米技術可能的危險要大于它的益處。

然而，僅僅這些利益就已經太具誘惑力了，納米技術必將超過電子計算機和基因制藥而成為新世紀的技術發展方向。世界可能會需要一個納米技術免疫系統，這個系統中納米機器人警察不斷地在微觀世界中同那些不懷好意的機器人進行戰斗。

思考潛在危險：四、前景展望由上述分析可以預見，納米機器人在未來幾年的發展將主要涉及如下幾個方面：(1)新功能分子部件及其特性的研究．(