①“纳米机器人”是电影和科幻小说中的常客,一次又一次闪耀登场施展绝技。在许多人的印象中,它们就是缩小无数倍的变形金刚。
②制造纳米机器人是一项非常艰巨的任务。
③首先,我们需要一些小零件——相当小,可能只有发丝直径的千分之一。
④2016年诺贝尔化学奖颁给了三位从事“设计分子机器”的学者。他们的主要工作就是使用化学合成法,做出了很多分子级零件,比如开关、泵和轴。
⑤还有一些硬科技,可以用来造纳米零件,比如光刻技术。
⑥光刻技术主要用于制造芯片。2019年,美国国家实验室的科学家们开发了一种“飞秒投影双光子光刻”技术,可以将传统技术的加工速度提升1000倍,只需要8分20秒就可以打印出一个芝麻大小的微纳结构。
⑦无论是化学法或光刻法,制造出来的只是纳米零件,这些零件需要进一步组装成机器人。如何实现微观尺度的组装,是“纳米机器人”研究的另一难关。
⑧2015 年,法国科学家通过超分子键把成千上万的纳米机器结合在一起,每个纳米机器都能产生约 1 纳米的线性伸缩运动,将数万个小纳米机器的运动整合起来,可以使聚合链产生10微米的收缩舒张,就像肌肉组织中那样。
⑨即便如此,这些研究也只是实现了“纳米零件”的简单聚合,真想要装配出电影中那种微如针尖的万能机器,人类还有很多路要走。
⑩除了怎么“做出来”,还有一个关键问题,是如何让纳米机器人“动起来”?
⑪最直接的方式就是装个发动机。美国的科学家们造出了迄今世界上最小、最快的微型发动机。这个发动机是一粒盐体积的 1/500,却能把电能转化为机械运动,速度可以达到每分钟18000转,相当于喷气式飞机上发动机的转速,而且能连续旋转15小时。
⑫除了用电场,还能用磁场。科学家们借鉴了细菌鞭毛的模样,用3D打印技术造出了只有细胞大小螺旋状机器人,螺旋形状可以帮助机器人更好地在血液中移动。之后科学家们在机器人的表面涂上了镍钛双涂层,使其具有磁性。他们能够通过外部磁场控制,使其在如同血管的通道中旋转和移动。
⑬对于“纳米机器人”,虽然我们目前能看到的成品十分简单,有些甚至只能算是一些“纳米的小零件”。也许,将来的一天,生病的你来到医院,医生开出的方子上会写着:“注射5毫升纳米机器人,多喝热水”。