文／觀察未來科技

當前，隨著人們更深入地探索由分子和納米粒子構成的表層量子宇宙，科技的發(fā)展正朝著微觀世界延伸而去，并重新想象各種可能性。許多人可能并沒有意識到，納米技術已經(jīng)在為我們生產(chǎn)各種日用品了。

現(xiàn)在的很多防曬霜就含有納米粒子，它們可以幫助吸收危險的紫外線，另外，納米粒子還可以更平滑地覆蓋在人體皮膚表面。類似的納米粒子還被使用在食品的包裝上，以減少紫外線對食品的照射，從而延長食品的保質期。有些用于碳酸飲料的塑料瓶現(xiàn)在也含有納米黏土，而這種材料可以讓碳酸飲料的保質期延長數(shù)月之久。當然，納米技術的意義遠不止于此。

基于納米技術的納米機器人正在拓寬人類物質世界的邊界，并且以很多種不同的方式重塑制造、醫(yī)療等領域的概念，帶來可以顛覆未來的想像。

3D打印和納米機器人

3D打印是根據(jù)產(chǎn)品的數(shù)字特征，逐層制造產(chǎn)品的技術。制造時先鋪設一層超薄的底層材料，然后層層香加，直到形成完整的立體產(chǎn)品。當然，3D打印不僅限于對消費者進行掃描，然后制作成可以放在婚禮蛋糕上或者共他任何地方的玩偶，盡管這看上去非常新潮。

更重要的是，3D打印作為先進制造技術，是未來制造的必經(jīng)之路，其顛覆效果至少不低于20 世紀的流水線生產(chǎn)。比如，在醫(yī)學領域，3D打印能夠為患者制造鈦合金下顎，包括與真實頜骨相連接的鉸接關節(jié)，可以容納靜脈和神經(jīng)再生的凹槽等。3D打印在假肢制造也具有無可比擬的優(yōu)勢。

使用3D打印的另一個例子則是制造原型產(chǎn)品，比如，在風洞中進行測試的飛機原型。3D打印之所以被廣泛用于原型生產(chǎn)，而不是后線的大規(guī)模生產(chǎn)的一個原因是，原型生產(chǎn)更強調靈活性，而大規(guī)模生產(chǎn)則更強調效率。在生產(chǎn)效率方面，3D打印暫時還無法與傳統(tǒng)的制造方法相比。

與此同時，另一個橫亙在3D打印技術前的障礙，就是3D打印技術的精度問題。不可否認，3D打印許諾了人們一個美好的制造前景。未來，當我們想要購買時，或許，我們只需要收到一份該產(chǎn)品的數(shù)字設計圖文件，然后只要將該文件輸人我們自己的便攜式多功能 3D打印機，就可以快速將它生產(chǎn)出來。但不可忽略的因素是，3D打印的精度，決定了最終產(chǎn)品的質量。

當然，現(xiàn)在的3D打印設備所使用的原材料范圍非常有限，并且其精度對很多應用來說都不夠。通用3D打印技術的發(fā)展只有達到納米技術領域，即以原子或分子的精度操控物質，或者是在操控物質時，其某一個空問的維度至多延伸100納米，才能夠滿足原子級的精確制造。

而從3D打印機到原子精確制造，精度上將有一個非常大的跨度。比如，制造下顎的先進 3D 打印機，其打印的每層厚度約為30微米，相當于100000層原子的厚度，因此，要想每次只控制一層原子，意味著精度要提高100000倍。

對于未來制造而言，一個不可回避的問題是，人類最終能實現(xiàn)哪種程度上的原子精確制造？而人們把這個問題聚焦于納米層面的原因在于，納米尺度要比顯微尺度小1 000倍，并且比我們每天體驗到的米級尺度的世界小10億倍。這與我們所知的宏觀世界截然不同，納米是一個度量微觀世界的長度單位，納米特殊的長度，也賦予了納米特殊的性質。

而要想實現(xiàn)高精度的原子精確制造，其中的一個可行性，就是納米機器人——納米機器人的手臂，可以把分子片段或單個原子輸送并安置到指定位置，其中的關鍵就是機器人手臂尖端的化學性質。

不過，對于原子精確制造在生物學之外的可行性，納米技術專家們則有不同的觀點。美國國家科學院2006年的一份報告表達了這種不確定性：

“如今，盡管可以從理論上計算，但是還不能可靠地預測化學反應最終可達到的周期范圍、錯誤率、反應速度，以及這種自下而上的制造系統(tǒng)中的熱力學效率。因此，雖然可以從理論上計算所制造產(chǎn)品的完美性和復雜性，但還不能準確地預測實際產(chǎn)品性能。”

改變生命的可能

除了在精度制造領域有所作為，納米機器人更具有前景的應用，則表現(xiàn)在醫(yī)療領域——實際上，人體才是這個世界上最為精密的機器。

在人體中只有43％的細胞是人體細胞，而其他細胞都是極其微小的“殖民者”，這些細胞包括數(shù)以萬億計的細菌、病毒、霉菌以及古生菌。這也給納米機器人提供了一個廣闊的用武之地。顯然，在這些除了人體細胞之外的微生物中，再添加數(shù)百萬個納米機器人并不是一件不可能實現(xiàn)的事情，更何況納米機器人還能夠改善我們的生活和健康狀況。

其中，一個科學家們已經(jīng)在跟進的研究是，把大量納米機器人放進人類的血液里。美國物理學家羅伯特·弗雷塔斯就是這項研究的最重要的前瞻人物和倡導者之一。弗雷塔斯認為，老年化是一種可治愈的疾病，而通過納米機器人，或許很快就能治愈衰老：“雖然我們今天還不能制造這樣的微型機器人，但到 21 世紀20年代或許可以造出來。”

現(xiàn)代醫(yī)學已經(jīng)給出了明確的結論，衰老是由于 “基因組不穩(wěn)定、端粒損耗、表觀遺傳改變、蛋白質抑制失調、營養(yǎng)素感應失調、線粒體功能障礙細胞衰老、千細胞耗盡、細胞間通信變化” 等引發(fā)的人體大分子、細胞和組織的積累性損傷。按照弗雷塔斯的說法，所有這些損傷都可以用納米機器人修復。

納米機器人將能夠穿越血液，然后進入或接近細胞，執(zhí)行各項任務，如清除毒素，清掃細胞碎片，糾正DNA 錯誤，修復和恢復細胞膜，逆轉動脈粥樣硬化，調節(jié)激素、神經(jīng)遞質和其他代謝物的水平，以及其他許多任務。

另外，在未來，納米機器人或許還能夠掃描大腦，包括用來研究大腦的功能，實現(xiàn)對大腦的逆向工程，制造廣義人工智能，最終再把人類的思維上傳到計算機中。《奇點臨近》的作者庫茲韋爾就在書里這樣展望：數(shù)十億個納米機器人可以穿過大腦中的每一根毛細血管，近距離掃描每個相關的神經(jīng)特征。納米機器人還將使用高速無線通信彼此聯(lián)絡，并與計算機相連接，根據(jù)掃描數(shù)據(jù)編制數(shù)據(jù)庫。

不過，就當前來說，一項更加貼近現(xiàn)實的納米機器人應用，則是利用納米機器人來擺脫癌癥。亞利桑那州立大學的科學家就采用“DNA折紙術”設計了一隊納米機器人來尋找和消滅癌癥腫瘤，同時確保健康細胞不受損傷。這些納米機器人通過瞄準腫瘤的血液供應、阻斷血液的流動來發(fā)揮作用。因為所有的腫瘤都需要血液才能夠存活下來，因此，這項技術也具有治療多種不同癌癥的潛力。

研究人員認為，將多種不同的經(jīng)過合理設計的納米機器人混合在一起，然后再讓它們攜帶不同的藥劑，或許可以幫助達成癌癥研究的最終目標，即根除實體瘤，消滅腫瘤的血管浸潤轉移。

不過，將一隊納米機器人注入血管是一回事，而將它們引導到正確的位置就是另一回事了。在普渡大學，研究人員率先嘗試了使用超聲波和磁場來引導這些微型機器人。這種做法不僅可以為納米馬達提供動力，還可以引導它們在人體內部走向正確的位置，只有到了正確的位置它們才有可能參與對癌癥進行治療、在指定的位置供藥，或者繪制出人類大腦的具體結構。

對納米機器人的擔憂

從納米機器人的優(yōu)勢角度來看，庫茲韋爾的說法是：“我們血液中的智能納米機器人會保護我們的細胞和分子，進而維持我們的健康。這種納米機器人還會通過毛細血管進入大腦，并與我們的生物神經(jīng)元互動，直接擴展我們的智力�；�于加速回報定律，在未來的30年間，這些技術的功能會比現(xiàn)在強大十億倍�！�

但凡事都具有兩面性，正如人們對人工智能的擔憂一樣，納米機器人也可能失控——能夠吞噬斑塊、摧毀癌細胞并殺死細菌的納米機器人也有可能會犯錯，敵我不分地開始吞噬我們的身體。

另一種的擔憂，則是對納米機器人的增長速度超出控制的擔憂。究其原因，最可能用來制造納米機器人的原料是碳，因為它具有獨特而靈活的化學特性。由于同樣的原因，碳也是生物有機體中的主要成分，這使得它有可能成為自我復制納米機器人的理想原料，用來生產(chǎn)更多的納米機器人。逃出人類實驗室控制的納水機器人，可能會在數(shù)周內就消耗掉整個生物圈。

這種假設性的場景導致人們提出所謂的“灰色末日”理論。這將是一個災難性的場景，可以自我復制的納米機器人在失去控制后逐漸消耗完地球上所有的生物物質，并將每一種活的生物體都轉變成了一堆灰色的糨糊�！段烈吣辍愤@本小說就描寫了失控的納米技術通過傳染的方式吞噬了居住在10000英尺高空以下的所有溫血生物。這迫使剩下的人類逃往了更高的樓層，并在那里掙扎求存。

當然，這是最為悲觀的擔憂，而還有一種中間立場提供了避免“灰色末日”出現(xiàn)的可能。一方面，只要人類遵守某種安全協(xié)議，就可以繼續(xù)開發(fā)納米機器人技術；另一方面，如果我們忽視這些預防措施，它就很有可能變成真正的危險。

而對于如何讓納米機器人以受控、 安全的方式進行自我復制中，一個關鍵的看法是，一個物體（無論是生物體還是機器人）的自我復制能力總是與其所處的環(huán)境密切相關。即使是一套鐵匠的工具，也可以在適當?shù)沫h(huán)境下打造出一套一模一樣的新工具，這也可以被描述為自我復制。自我復制永遠需要原材料和能量的供應。因此，如果我們構建的自我復制機器中，包含某些自然環(huán)境中不具備的材料，就可以避免納米機器人的復制失控。

當前，通過在最微觀的層次上掌控物質世界的組成模塊，我們正在重塑我們周圍的一切。事實是，未來的某一天我們或許會變得非常依賴這種技術，因為人類的擴張欲望將會繼續(xù)推動人們向內沉入這個由亞原子主導的領域，同時更進一步地向外深入未知的宇宙。而當人們在這兩個方向上走得越遠時，或許也將會越清醒地認識到人類的渺小和宇宙的浩瀚。

       原文標題 : 從精密制造到改變生命，被低估的納米機器人