19、纳米机器人技术：现状与展望

纳米机器人技术：现状与展望

1. 纳米机器人技术概述

自 20 世纪 60 年代科幻电影《神奇旅程》展示了微观代理在人体血管系统中消除肿瘤的场景后，小尺度机器人便引发了大众的想象。如今，纳米机器人技术已不再是科幻概念，而是一个新兴领域，涵盖以下方面：
- 可编程的纳米级组件组装：可通过扫描探针显微镜（SPMs）等机器人设备进行操作、被动自组装或主动自组装。
- 纳米机器人的设计与制造：整体尺寸在微米级或更小，由纳米级组件构成。
- 大量纳米机器人的编程与协调。

纳米技术的重要性正得到广泛认可。过去几十年的微电子革命深刻影响了我们的生活，而纳米技术作为小型化的下一个前沿领域，其影响可能比微电子技术更为显著。因为构成物质的原子和分子都处于纳米尺度，纳米技术有望让我们对物质结构实现前所未有的控制，从而制造出小巧、快速且廉价的新型功能设备和具有新特性的材料。

纳米电子和纳米机电系统（NEMS），如传感器、计算机和执行器，将开启微纳机器人的新时代，并在无处不在的交互模式中发挥重要作用，这可能是 21 世纪信息技术的核心。高度移动的人类和机器人将能够通过大量分布式传感器和执行器与海量信息及物理世界进行交互，其中大多数设备尺寸极小。

纳米世界在科学上极具吸引力，因为纳米级物体的特性与大块材料不同。纳米机器人的潜在应用具有革命性，例如可用于与单个分子交互，这将为化学领域开辟新视野。纳米生物技术领域的应用尤其令人关注，从可编程的人造细胞到能够进入细胞并进行修复的小型纳米机器人，纳米传感器在血液中快速检测病原体并通过人造细胞立即做出反应，可能会彻底改变医学。

然而，构建和编程纳米机器人面临两大主要问题，且二者相互关联。由于设备尺寸