·科技纵横捭阖·
纳米机器人时代即将到来

纳米机器人(nanorobot)是根据分 子水平的生物学原理为设计原型,设计 制造可对纳米空间进行操作的“功能分 子器件”;其研制属于分子仿生学的范 畴,所以纳米机器人也称分子机器人 (molecular robot)。纳米机器人的研发 已成为当今科技的前沿和热点。目前, 不少国家纷纷制订相关战略或者计划, 投入巨资抢占纳米机器人的战略高地。 德国Roboter-Ära 月刊最近有一篇文章 指出:随着科技的不断进步,纳米机器人 时代即将到来;纳米机器人的潜在用途 十分广泛,其中特别重要的是应用于医 疗和军事领域。

1. 应用领域

1)医疗领域。在美国科幻大片《惊 异大奇航》中,科学家把变小的人和飞船 注射进人体,让这些缩小的“参观者”直 接观看到人体各个器官的组织和运行情 况。然而在现实中,科学家根据分子病 理学原理已经研制出各种各样的可以进 入人体微观世界行走的纳米机器人,有 望用于清除人体内有害物质、修复损坏 基因、激活细胞能量、维护人体健康和延 长人类寿命等。医用纳米机器人目前还 处在试验阶段,长度大至几毫米,小至几 微米;但可以肯定的是,未来几年内,纳 米机器人将会带来一场医学革命。美国 著名发明家、《奇点迫近》一书作者Ray Kurzweil 指出:未来的医疗水平将会随着 纳米机器人的加入而越来越高。

前不久,美国佛罗里达大学的科学 家研制出一款能够100%杀灭丙肝病毒 的纳米机器人。这款纳米机器人由2 组 物质构成:一组是能够攻击并摧毁RNA (参与复制丙肝相关蛋白)的酶;另一组 是一种寡核苷酸,能识别疾病相关蛋白 并将酶送过去消除危害。研究人员表 示,这个杀死病毒方法的基础,是模拟 RNA 干扰(RNAi)的生物学过程,之前这 个方法曾有效应用于实验室中对抗HIV (人类免疫缺陷病毒)。这项新成果促进 了医疗纳米机器人的发展,目前也逐步 向临床应用迈进。

最近,日本东北大学的研究小组利 用缩氨酸蛋白质微片制作成功可以在细 胞膜上移动并可进入细胞内的纳米机器 人。研究小组选取源自艾滋病毒的8 个 缩氨酸微片制作成微粒子,并植入动力 蛋白质,使其可以在细胞表面移动。利 用粒子中缩氨酸的刺激作用和细胞吞噬 物质的特性,使粒子成功进入细胞。专 家们认为,这项成果将来可用于纳米粒 子、纳米微囊和高分子药物等方面的技 术开发。

韩国全南大学细菌机器人研究所日 前研发出世界上首个可治疗癌症的纳米 机器人,可对大肠癌、乳腺癌、胃癌和肝 癌等高发性癌症进行诊断和治疗。这款 纳米机器人的大小只有3 μm,由大幅生 物体细菌和药物的微型结构2 部分组成, 可利用遗传基因杀死癌细胞。它的成功 开发在癌症诊断和治疗史上具有划时代 的意义。

2)军事领域。进入21 世纪,科技发 展如火如荼,军事变革风起云涌。站在 历史新起点上审视,到底什么科技能够 对未来军事产生革命性的影响?俄罗斯 著名军事专家伊万·契奇科夫曾预言:纳 米机器人离我们的战场并不遥远,它们 在世界范围将引领一场真正意义的战争 革命,同时将推进作战模式、作战理念和 作战方法的根本改变。

目前,各主要军事大国正在积极进 行纳米机器人的研发,并已成功研制出 数十种纳米机器人用的元器件。据专家 推算,预计到2025 年军用纳米机器人就 将研制成功,届时受其影响国际政治军 事形势也必将发生重大的变化。

纳米机器人是如何消灭或使敌人的 有生力量丧失战斗力的呢?主要有以下 几种方式。首先,将纳米机器人应用到 传统的武器技术装备中去,加强传统作 战手段的杀伤效能。其次,开发新的人 体作战手段和作战方式,比如研发出能 堵住人脸、鼻、口、眼的纳米微型元件 等。第三,研发新型的化学品或生物体, 并将其注入到人造或杂交的昆虫体内, 通过昆虫将这些带有杀伤性的化学品或 生物体传播到敌国军民的身体之中;第 四,纳米机器人在进入敌人身体后,可通 过自我复制或自我繁殖的方法迅速在敌 方阵营中扩散。

此外,纳米机器人不仅可用于进攻, 还能用于防御,而且防御的效能要远远 强于其进攻效能。美国著名军事专家 John Alexander 认为,战场上纳米机器 人正在承担越来越多的任务,尤其是参 与战略防御,为战略进攻创造了条件。

2. 风险与前景

新科技是把双刃剑:有益的科技行 为可以造福人类;反之,则为祸。纳米机 器人也不例外。因此,美、英、德、以、日 等国都着手从伦理、法律和社会的角度 来研究纳米机器人的风险和安全性问 题。如何让纳米机器人这把双刃剑有利 于人类的一面更加锐利,而使其消极的 一面对人类的伤害逐渐减少,这是需要 深入思考的问题。

关于纳米机器人未来发展前景,中 国著名学者周海中在“论机器人”(1991 年获第6 届国际机器人学优秀论文奖)一 文中预言:到21 世纪中叶,纳米机器人将 彻底改变人类的工作和生活方式。美国 著名学者James Canton 也预言:到了 21 世纪下半叶,将人同计算机绝对而清 楚地区分开来将变得毫无意义。一方 面,人类将拥有经过纳米机器人技术大 大扩展了的生物大脑;另一方面,人们将 拥有纯粹的非生物大脑,它是功能大大 增强了的人类大脑的复制品。毫无疑 问,有了经过功能改善的大脑,我们将创 造出无数与纳米机器人技术相融合的更 新技术。届时,人类将进入一个崭新的 时代——纳米机器人时代,成为地道的 “新人类”。

文/杜文龙1,刘建民2
作者简介  1,东南大学信息科学与工程学院,
2,德国亚琛工业大学电子工程与信息
学院,博士后。图片为本文第一作者。
栏目主持人  关增建,电子信箱:guanzj@sjtu.edu.cn

(编辑王丽娜)