机器人外科医生和人造生命：微型机器的潜力

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荷兰格罗林根大学

创新已经包括了这种纳米汽车，由伯纳德•费林加团队生产

世界上最小机器的设计与合成已经获得了2016年诺贝尔化学奖。这项工作具有科幻色彩，但是在不同领域如医学、材料和能源上拥有巨大应用潜力。

所有创举都始于微小。

开发纳米机器（比人类头发的宽度小1000倍）所做的努力，尤其如此，这种努力总是注定要保持微小，尽管增大是我们的目标

追踪分子机器的发展对一个人或科学步骤来说太难。

但著名物理学家理查德•费曼在1959年的一个讲座中有很重要的一点。

他在加利福尼亚的《美国物理学会会议》上题为《在底部有很大空间》演讲中，为纳米技术奠定了概念基础。

在演讲中，他也预料了最广泛讨论的分子机器的应用之一——纳米机器人手术和局部给药。

“尽管这是一个很疯狂的想法，但在外科手术中将很有趣，如果你能吞下这个外科医生的话。”费曼告诉听众。

“你将机器外科医生放到血管里，它进入心脏四处‘查看’，找出坏的瓣膜，并用小刀将其切割。”




科学图片库

在1959年的演讲中，理查德•费曼提出了纳米技术成立的概念

这个概念没多久就出现在科幻小说中，包括1966年的电影《神奇旅程》，在这部电影中，一个潜艇艇员缩小了，并被注入到一个科学家体内以便救他。

五十年过去了，我们还没有成功地将这个特殊小说变为现实。但是希望还是很大的。例如，微型机械传输系统有希望在某一天能被注入到体内，将有毒的化学治疗药物直接输送到肿瘤里而不损害健康的组织。

但是，正如2016年化学奖获得之一的弗雷泽•斯图达特先生告诉BBC的话：“这不是一夕之间发生的；它需要很长时间和许许多多非常优秀的博士后。”

当时，理查德•费曼正在思考控制微小物质，化学家们已经奠定了基础。

在20世纪50和60年代，为了想出新的先进分子，他们试图将化学环型链接在一起。但是，早期的进步随着科学家难以生产足够的先进分子来证明这种复杂的方法而消退。




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医用纳米机器人到目前为止仍然是科幻小说

1983年，一个由琼-皮埃尔·索维奇——今年的三位获奖者之一——领导的法国研究小组向前迈出了重要的一步。

索维奇将两个分子以一个铜离子为中心交织在一起，形成第一个连接链。使用这个方法，这个法国团队能够在先前尝试创建链接分子的基础上大幅度提高产量。

弗雷泽•司徒塔特将这个领域向前推进，他合成了一个尾部带制动器的纳米棒——称作哑铃——并且由一个环形分子环绕着它。

“这个环可以在两个站点之间来回移动。你有一个打开开关和一个关闭开关，并且这个开关可以构建成一个机器。”弗雷泽先生解释说。

这些称为轮烷的分子已成为弗雷泽先生和他的同事们生产各种纳米机器的基础。

这些包括一个能在表面将自身升高0.7纳米的纳米电梯，和一块微小的人造肌肉，其内的轮烷弯曲了一片金子做的薄层。




诺贝尔奖

一张图勾勒出弗雷泽•司徒塔特的分子电梯

“我们已经努力去寻找分子电子学中的实际应用。”弗雷泽先生补充道。

与加州大学洛杉矶分校（UCLA）的吉姆•希斯一起工作时，他开始动手开发一个小小的电脑芯片。摩尔定律预测电子电路的晶体管每两年左右翻一番。

但外界一直猜测法律可能有所不能及，所以分子晶体管可以在我们的电子设备中提供一种增长处理能力的扩展方式。

“到2007年，我们有160Kb的内存。唯一的问题是它不稳定。如今我们正在寻找如何增加开关的寿命。”弗雷泽先生告诉BBC。

“我们最近刚刚提交发表了一篇关于这个话题的论文，所以这仍然十分有潜力。”

第三位获奖者，来自荷兰格洛林根大学的本•费林加，开发了第一个分子马达——被认为是这个领域的一块里程碑。

通常情况下，分子运动全靠几率；平均而言，一个旋转的分子向右运动的次数与向左的一样多。但在1999年，利用一系列灵活的分子技巧，费林加教授和他的同事们成功设计了一个朝特殊方向旋转的分子。

nicholasmans

微型机器人很有潜力

zhengxiangsai

我想到的是纳米机器人的控制最好还是不要交给电脑，一旦失控这种看不见的敌人不好对付吧

蒼之濤

機器人會搶了工人的飯碗

putongyuyanxue

很厉害的样子