分子马达诱人前景：打造纳米机器人

发布时间：2007-04-20 来源：中国自动化网类型：产业分析人浏览

关键字：

机器人分子马达

导读：

当世界“诞生”了第一只拥有15%人细胞的羊被披露，引来学术界沸沸扬扬：这只半人半兽的东西，它还是羊吗？不少科学家忧心如焚：这个物种违背自然法则，挑战伦理底线，并极可能带给人类新的疾病，一言以蔽之：它将给人类带来无法预料的可怕灾难。
　　无独有偶，惊人眼球，在此前后有消息称：英国朴次茅斯大学凯斯·费尔曼博士等成功研制出DNA制动器或分子发电机。“这个史无前例的装置，在活的生物有机体和计算机之间建立联系架设了桥梁。它的应用前景令人异常兴奋。”这是否就是“人机”联姻的第一步？它的繁衍发展，又会带来什么全新的未知？
　　刚刚撩开它的面纱
　　今天，我们实在需要科普扫盲与去伪存真。
　　DNA制动器或分子发电机，名字够酷的，“在活的生物有机体和计算机之间建立联系”，这句话听着也挺神秘。记者在地铁二号线陆家嘴站随机采访，大部分人是一头雾水，但有些科幻小说看多了兼想像力丰富的人，一听到这个消息，一下子就联想到什么“人工智能”，“机器人统治人类”，对这个东西的前景，既兴奋又忧虑……“《黑客帝国》那部电影里，机器不是都不用电了吗？直接把人吊起来，后脑插根管子，一头联到电脑上，人给机器提供能量，这不就等于DNA发电吗？你说的那个东西是不是这样呀？”有个二十几岁的小伙子最有想像力，还别说，听着确实挺有道理。
　　“可以理解为生物直接提供动能，不过，这是在纳米也就是十亿分之一米级别的微观尺度上，平常意义的计算机是属于宏观尺度的，跟它搭不上界，更别说什么‘人工智能’了，就更风马牛不相及。”曾在美国宇航局长期担任纳米技术中心主任的韩杰博士说，这项研究属于生物纳米技术前沿，英国朴次茅斯大学是所名不见经传的二流学校，但却是这方面的佼佼者。他们所造出来的那个“DNA制动器或者分子发电机”，一般叫作分子马达。说它是“史无前例”纯属耸人听闻，2000年，贝尔实验室和牛津大学的研究者就已经成功开发了。
　　分子马达的制造，来源于现代科学对生命运动的认识。花是如何绽放的？人是如何跑动的？吃下去的食物又怎样化为机械运动所需的机械能？早在1944年，量子力学奠基人薛定谔在《生命是什么》一书中，就提出了生命运动是由分子机器来实现的假想。但直到最近十年，科学家才撩开这个机制的部分面纱：生物体内存在着天然的分子马达，通常是酶蛋白大分子。它们的运动与ATP水解发生偶联，ATP储藏的化学能就直接转化成了机械能。ATP是什么？学过高中生物的人都知道，ATP的中文名叫三磷酸腺苷，它是生物体内的储能物质。像人体内ATP的总量大约有0.1摩尔，其中的能量跑个100米就全用完了，如果还要跑，就必须由血糖在无氧状态下，迅速合成新的ATP提供能量。
　　无论是百米赛跑，还是DNA复制，生物体的一切定向运动都可以归因为分子马达的运动。“依靠先进的光钳技术，我们可以观察到分子马达的运动方式，不同类别分子马达的运动不一样，有的长了两条‘腿’，跟人一样迈步走，有的分成定子和转子，转子绕着定子做旋转运动。”上海交通大学机电设计与自动化研究所所长、博士生导师王石刚说。
　　发现分子马达的存在后，科学家马上想到：应该控制它，让它动就动，不动就不动。复旦大学先进材料实验室的副教授易涛告诉记者，现在常用的方式有三种：化学驱动、光驱动和电驱动。朴次茅斯大学造的那个，是电驱动的，易涛自己则是研究光驱动分子马达的，“方向不同，但殊途同归。”
　　那么，由人类控制的分子马达究竟又有何用？于是有了一个很诱人的前景：打造纳米机器人。
　　真的会点石成金
　　无数科幻小说描写过这样的情景：一个很小很小的机器人，比你的细胞还小，所以就可以进入体内的任何一个细胞，如果给予指令，它就能在你的身体里随意活动，吞噬病菌，杀死癌细胞，或者干脆把基因中的有害部分给一刀“喀嚓”了……医生出诊，完全不用带什么药啊针啊，口袋里装上这么一大把的机器人，根据病人的情况，请他吞下一些机器人，或者从皮肤上切开一个小口子，把机器人送入病人的身体里，其他的事，让机器人自己完成。
　　这就是纳米机器人。目前人类还无法制造这么小的机器人，一部分原因是找不到足够小的动能装置。王石刚教授告诉记者，分子马达既然能把生物能转化为机械能，一旦被人类完美地控制，就完全可以充当纳米机器人的发动机。你也可以把分子马达看成一个最简单的纳米机器人，像一种长了两条“腿”的肌球蛋白分子马达，可以做线性推进运动，在人体内，它的一大作用是在细胞内搬运小泡等物质，理论上，如果再给它装个筐，它也能运我们想运的其他东西。
　　目前，科学家还在研究怎样把多个分子马达组合，或把它们和其他分子联系，组成一个稍微“复杂”的机器。在实验室里，科学家已经做成了由350个原子组成的螺旋桨、2.5纳米大小的升降机、3纳米的剪刀，这些都可以算是纳米机器人的雏形。当然，人类最终的梦想是让这个机器人跟宏观世界的机器人一样，完成任何复杂的操作。
　　这是个令人无比激动的远大前景———1959年，诺贝尔奖获得者、继爱因斯坦之后最伟大的理论物理学家费曼，曾做过一次名为《在物质底层有大量的空间》的演讲。他预言，人类可以把分子甚至单个的原子作为构件，在最微观的空间构建物质。这话有点专业。用通俗的话讲，人类可以制造出任何东西，比如，用适当的软件和足够的灵巧性进行武装的纳米机器人，真的会“点石成金”———把碳原子一个个组织起来，变成精美的钻石，它也可以把蛋白质、脂肪等分子一一组合，制成奶酪……
　　韩杰博士开玩笑说，做纳米研究的科学家“都特别心灵手巧”，这只是打个比方，是指他们的实验操作水平很高。但再心灵手巧，由于条件限制，把分子组装起来做机器人，成功率也相当低。对于科学家来说，有个好消息，未来的纳米机器人或许并不需要一个零件一个零件组装起来。有些生物分子拥有自组合的性质，比如构成生物膜的脂类分子，是一端亲水另一端疏水的双亲性分子，它们在水溶液中会自组合成双分子的层微囊泡。利用这种自组合性质，可以让纳米机器人自己完成零件组装。另外，一旦一个纳米机器人制造成功，生物的DNA还具有自我复制的特性，如果输入相关指令，由生物分子组成的纳米机器人就可以完成自我复制，从一个变为上亿个。
　　一本新书的预言
　　英国宇宙学家马丁·里马上就要出版新书《最后的世纪》。在这本书中，他预言，地球在未来200年内将面临十大迫在眉睫的灾难，人类能够幸免的机会只有50%。其中一大灾难，就是纳米机器人。
　　这不是什么新鲜话，早在1986年，美国的未来学家德雷克斯勒在一本名叫《造物引擎》的书中就发出预言，能够进行自我复制的纳米尺度机器人，最后会失去控制，开始疯狂地复制自身，在很短的时间内就把地球变成一大团完全由纳米机器人组成的“灰色粘质”，一种像肥皂泡一样粘乎乎的物质。即使这样的场景不发生，纳米机器人暂时忘记停止复制也是件恐怖的事。比如，一个正在人体内工作的纳米机器人，忽然以比癌细胞扩散还要快的速度，把自己无穷复制，吞噬布满正常组织；一个发了疯的制造食物机器人，把地球的整个生物圈都变成了一块巨大的奶酪……为此，一些绿色环保组织呼吁：人类应该停止研究纳米机器人。
　　“过去人们还担心，纳米机器人的某些分子是不是会遗留在人体内，从而造成不可估量的损害，对新技术的未来，总是有人充满恐惧。”王石刚教授说。
　　追根究源，我们最害怕的，还是纳米机器人不听人类的控制和指挥。这取决于融入了生物分子、或干脆就是生物分子组成的纳米机器人，会不会发展出自己的智慧。如果进化论是完美无缺的，如果人类的理性像达尔文所说，并非上帝所给，而是物竞天择的结果，那这并非没有可能：纳米机器人拥有DNA，可以复制自身，就好像原始地球的初级生命草履虫以分裂来繁衍一样，既然草履虫能够最后进化成人类，那纳米机器人会不会也进化出一个大脑来？
　　在微观层面上，纳米机器人正在打破生物和机械的界限，在宏观层面上，生命和机器天然的界限也出现了裂缝：瑞士洛桑理工学院亨利·马卡兰教授正在制造“人造老鼠大脑”，一个电脑模拟的大脑。经过艰辛努力，马卡兰教授已经制造出了一个模拟幼鼠一部分大脑的模型。而最近，他提出了更加雄心勃勃的“蓝脑”计划：2008年先用啮齿动物做实验，2011年后试图组装一个猫的大脑模型，然后可能还会模拟猕猴的大脑，最终希望在2015年制造出“人类大脑”模型。
　　芯片可以模拟神经元细胞的活动，机器就能获得生命，机器不会生病，不会死，相对人类更优越，有一天，机器会统治人类，人类则被机器驯养———这就是《黑客帝国》所讲述的人类未来，也是哲学家迈克尔·莱姆在其著作《虚拟现实的形而上学》所提出的问题。
　　科幻小说家阿西莫夫曾说，“科技发展到最后就是魔法。”每一种新技术的出现，似乎都包涵着无限可能，即使制造出分子马达的费尔曼博士自言，这项技术才刚刚开始，要达到最基础的应用，至少还要再等20或30年。但人类如何正确引导技术，已经成为许多科学家思索的问题。

本文地址：http://www.ca800.com/news/d_1nrusj6oannsp.html

拷贝地址

上一篇：市场需求攀升拉动电感器行业成长

下一篇：MOXA主动的以太网远程 I/O 让自动停车场更有效率

免责声明：本文仅代表作者个人观点，与中国自动化网无关。其原创性以及文中陈述文字和内容未经本站证实，对本文以及其中全部或者部分内容、文字的真实性、完整性、及时性本站不作任何保证或承诺，请读者仅作参考，并请自行核实相关内容！来源网络如有误有侵权则删。