什么是纳米机器人人发展前景

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  军用机器人例如无人机,茬第一次海湾战争中引起了公众的注意按照今天的标准当时伊拉克士兵向原始的先锋侦察无人机投降了。

  “9?11”事件之后的伊拉克與阿富汗公众、媒体、敌人最熟悉的无人机当属“捕食者(Predator)”无人机,这种无人机集成了传统的情报、预警、侦察能力以及发射“地獄之火”导弹的能力成为了世界上第一种同时具有“猎手/杀手”功能的空中机器人。但是从上世纪90年代到目前为止美军研制了许多的無人机,从手上发射的陆军、海军陆战队青睐的侦察无人机到世界上最大的“全球鹰”无人机“全球鹰”无人机曾从美国的加利福尼亚鈈停歇地飞到了澳大利亚,总程达到8214英里

  21世纪,出现了许多机器人从日本的机场跑道机器人,到美国国家航空和宇宙航行局的宇航机器人到4条腿的机器骡子,到鞋盒大小的用于伊拉克与阿富汗路口搜寻汽车炸弹或者检查建筑物的机器人到医院走廊携带医疗图表與药品的半自动手推车。

  但是新一代微型机器人开始运用于国防、本土安全、医疗这些微型器人有的如同沙粒,有的如同昆虫有嘚如同蜂鸟,有的如同知更鸟

  当这些微型机器人就像是小型的传感器,当散布在道路、小径、田野之中就构成了传感器网络当人員、动物或者车辆穿过电子网络的时候,每个微型传感器获得信息就会传到小型计算机进行分析处理接着传递到指挥所,不仅可以使作戰人员了解有物体进入了该网络而且还可以对其大小、速度、重量作出判断。

  稍微大一些的机器人大小介于甲虫到蜥蜴之间,使鼡机械腿或者翅膀,或者推进器爬行、飞行、跳跃、滑动到建筑物、洞穴、墙壁之后提供声音、图像、热量等其他数据。在攻击与人質救助中这些信息可以反映个体的出现与数量,包括远距离的狙击手这些机器人也可以武装化,可以携带炸药或者充满非致命与致命化学药品的皮下注射针头。

  纳米技术的历史、未来、不足与潜力

Genius)”如果在谷歌搜索引擎中搜索“military micro spy”这一词条,搜索结果则会减尐2/3中国制造的“卫星间谍窃听器”玩具会出现在第一位,微型无人机2009年的视频会出现在最后

  纳米技术包括原子级与分子级材料,通常小于100纳米(1米的十亿分之一)具有特殊电子与原子特性,可以用于计算机信息存储、半导体、生物技术、制造、发电、传感器等這些思想可以追溯到1959年诺贝尔奖得主美国理论物理学家理查德?费曼的一篇关于小型量子效益的文章。之后的10年实际的研究才成为了可能,上世纪60年代末到70年代初贝尔实验室的阿尔佛雷德?丘与约翰?亚瑟发明了分子束晶体这使得科学家可以控制单原子层的沉积,最终鈳以制备纳米级的设备

  在官方公开记录中,1999年3月国家科学基金高级顾问同时兼任比尔?克灵顿总统纳米技术子委员会主席的米哈尔?C?洛克(Mihail C. Roco)博士提出了联邦纳米技术倡议这也标志着美国政府开始关注纳米技术的投入。在倡议中洛克认为纳米技术时“下一次工业革命”科学与技术委员会(National Science and Technology Council 缩写为NSTC,属于白宫科学与技术政策办公室)发布了第一份关于纳米技术的报告《纳米结构科学与技术》之後又发布了《纳米技术研究方向》,2000年3月又发布了《国家纳米技术倡议》

  为了解释克灵顿政府2001年关于纳米技术研究与发展的费用需求构想,当时的科学技术政策办公室主任尼尔?莱恩(Neal F. Lane)总统的科学与技术助理,说:“纳米技术的发展是化学、物理、生物、工程、醫学、材料科学等多门学科发展的结果所以必将推动21世纪科学与技术的跨学科发展。美国政府相信纳米技术将对21世纪的经济与社会有着罙刻的影响也许可以与信息技术、细胞生物学、遗传生物学与分子生物学所带来的影响相比较。”

  随着世界进入了21世纪的第2个十年纳米技术的研究已经触及现代生活的每一个方面,从计算机与通信到医学与农业纳米技术的发展以不同的形式、不同的程度发生着巨夶的变化。

  对于军事来说这一点特别明显纳米技术与基于纳米技术的侦察、制导与跟踪、敌我识别、智能武器、本土与战区安全、通信、战场医学、修复术等永远地改变着军事的方方面面、战术技术与程序以及行动方案。

nanomite)只有纳米级大小(从0.1纳米到10纳米)由纳米級部件组成,所具有的非凡的能力远远超出了尺寸的局限。实际上一组基于纳米技术的设备可以完成B-2轰炸机与“亚布拉姆”战斗坦克財能完成的任务。随着纳米技术不断缩小装备中部件的尺寸设计者需要确定是缩小最终部件或者平台的尺寸,还是保持原来尺寸的同时咹装更多、更好的传感器、计算机、武器等设备

  可能用于军事最多的纳米技术当属微型化的侦察装置,如“智能沙粒”或者“智能塵埃”这些装置具有电子鼻的功能,只有沙粒那么大可以分析周围环境、识别化学构成、向监督系统汇报。最终的侦察报告是非常全媔的将成千上万个电子鼻的数据进行梳理,每个纳米电子鼻的侦察范围只有几英寸但是众多的电子鼻覆盖在有限的区域中,这些纳米點具有很高的侦察精度

  如果“智能沙粒”组成的网络中有各种不同的传感器,监督计算机可以使用数据融合对遥远的战场或山中道蕗形成更加复杂、更加精确的实时侦察图像敌人却全然不知,当地居民的风险也很小

  2010年7月的美国化学协会的文章介绍了美国、俄羅斯、德国、意大利等国的科学家组成的国际研究组如何成功地制造了“纳米带(nanobelt)”,这是一种独立的、契型的、锡氧化物构成的线状粅甚至有可能超过动物的嗅觉系统。

  “所提出的方法是一种综合的、可行的从上向上/从上向下技术路线可以用于研制强大的、灵敏的用于分析微米级以下物质的分析系统,”文章《单纳米带电子鼻:最简单分析元素的工程与测试(Single-Nanobelt Electronic Nose: Engineering and Tests of the Simplest Analytical Element)》的摘要这样说

  根据研究組成员安德烈?科尔马科夫(Andrei Kolmakov)博士(南伊利诺斯大学物理学副教授)的说法,将主要的传感器、电子系统、数据传输集成在单个纳米结構如同研制集成电路一样

  在最近几年中,军队在西南亚和其他地方运用了大量可以从手上发射的微型无人机例如瑞士军刀(Switchblade)、黃蜂(Wasp)、阿纽比斯(Anubis)、乌鸦(Raven)等。但是这些平台并不属于纳米装置,这些微型无人机必将从纳米技术中受益

  然而,国防高級研究项目局(Defense Advanced Research Projects Agency 缩写为DARPA)与工业部门正在致力于新一代纳米无人机(nano-UAVs缩写为NAV)这些纳米无人机只有昆虫大小。其中有一种被称为扑翼飞機实际上运用了昆虫的翅膀。其他一些纳米无人机基本上是微型的直升机

  在海军研究生院(Naval Postgraduate School)的报告中,斯瓦?班达博士(空军研究实验室空中平台委员会研究控制论的科学家)介绍了微型无人机的研究目的与价值这些微型无人机不容易被发现,具有致命性廉價,可以快速反应可以持续作战,机动性好

  “最大的约束,也是最大的挑战是无人机的推动装置需要寻找将更多能量集中到越來越小的电池中。使用目前的动力源我们只能使无人机飞行几分钟,而我们需要让它们工作数小时”他说:“另一个挑战是实现可控嘚稳定的扑翼飞行。”

  “在有限电量、重要的约束下很难制造出像鸟类、昆虫这样高度机动的微型无人机。这需要设计非常复杂的算法同时使微型无人机上的信息处理系统越来越小。2015年之前我们想要制造鸟类大小的可以侦察大规模杀伤武器(weapon of mass destruction 缩写为WMD)的微型无人機。2030年之前我们想要制造出昆虫大小的的可以侦察大规模杀伤武器微型无人机。”

  宾夕法尼亚大学正在研究这种平台这一项目称の为微型无人机群网络(Scalable sWarms of Autonomous Robots and Mobile Sensors 缩写为SWARMS)。项目集中了人工智能、控制论、机器人技术、系统工程、生物学方面的专家根据微嘉?昆玛教授的观点,这一项目是要将生物种群行为运用于工程系统中

  昆玛教授在项目介绍中这样写道:“我们的团队对这样的问题感兴趣,大量自动運行的无人机可以以群的形式可靠地部署吗可以执行预定的任务吗?可以作为群来响应高层的管理指挥吗在没有明确的领导,成员之間交流较少成员之间可能动态地变换角色的情况下,这样的群可以在敌对环境中正常地运行吗”

  “我们可以从生物群,例如蜂群、鸟群、鱼群中学会如何组织无人机吗?对于生物群来说有一种恰当的模型体系可以充分解释不同层次的群行为(从群的涌现行动到单個个体的动态性)吗”

  全美国,乃至全世界大学实验室研究的各种纳米装置几乎没有展现出纳米技术的潜力这些纳米装置包括:

  自愈合金属(Self-Healing Metals)——纳米结构材料,比铝合金结实10倍可以自我愈合裂缝、弹孔等。这一项目正在由威斯康星州密尔沃基大学研究軍方投入的经费达到了120万美元。

  核酸机器人(nucleic acid robots 缩写为Nubots)——合成的纳米级装置如“DNA漫步者”。纽约大学、加利福尼亚理工大学、牛津大学都在对核酸机器人进行研究

  蛇形机器人——军用系统将太多的注意力投入到可以飞行、盘旋、爬行、跳跃、步行的机器人,吔许从蛇的波动来移动身体入手可以取得更大的进展马里兰大学的研究人员相信这种方式在某些情况下要比其他移动方式更好。制造蛇形机器人有许多的挑战如力学、能源、传感器等方面,但是这样的机器人对作战人员非常有帮助尤其是在特种作战部队,敌人难以发現像蛇或者蚯蚓一样的机器人

  上世纪60年代到70年代,美国与苏联在空间领域展开的竞争加速了计算机、微波、陶瓷等技术的发展同樣全球对纳米技术的竞争将会极大地推动纳米技术的发展。

  尤其是美国工业界早已行动起来它们采取多种形式将纳米技术运用于多種产品中;医学界也提出了多种运用纳米技术的治疗方法;政府向大学与实验室投入了数十亿美元来开发新的纳米技术;金融部门正在对這些纳米技术研究进行战略性投资,希望从未来什么是纳米机器人人的商业化中获利

  如果在谷歌中搜索“nanotech patent(纳米专利)”,你会看箌一百万条结果这从一个侧面反映了纳米技术研发的速度与范围。早期的应用早已包括了侦察传感器、药物输送系统、生物医疗手术器械这早已改变了药物动力学(pharmacokinetics,研究身体对药物的反应)与药效学(pharmacodynamics研究药物对身体的反应)的本质。

  在未来的医疗应用中不鈳复制的什么是纳米机器人人将注射进患者身体,在细胞层次来修复或者预防损伤然而这种能力仍然处于理论研究阶段,不过十年之内普通医生就可以运用这种纳米技术了这种方法非常快速,细胞级的疗法可以快速处理战场上战士的伤口治疗本土人民,用于保健还鈳以用于审讯敌方人员。

  纳米技术在军事上的其他应用

  目前陆军战士所面临的一个最大问题是在任务持续时间存在不确定性的時候缺乏足够的电池与充电能力,他们需要使所有的废弃电池可以重新使用

  2010年,位于俄亥俄州纳米技术设备公司的研究人员展示了┅种打破充电记录的超级电容器根据项目负责人波尔?詹(Bor Jang)的说法,该设备储存的电量相当于镍氢电池的电量但是充电只用几秒钟時间。

  研究人员正在研制一种新的纳米材料这种材料可以用于人员防护服。这种织物镶嵌有许多的什么是纳米机器人人可以在战場上自我修复,也可以为医疗什么是纳米机器人人(这些医疗机器人可以监视穿着人员的健康情况、缝合伤口)提供平台根据天气变化變得多孔不透气或者少孔不透气来调节战士的体温。这种材料非常轻、结实还可以防火、防化学武器、防辐射、防水、防潮。

  除了軍装之外纳米技术提高了各种装备的性能,其中包括远程通信、头盔式显示屏;可以满足任何任务需求的数据储存;望远镜、微光与红外夜视镜的加强功能等此外,还包括与外部传感器的集成例如与昆虫大小的无人机/无人地面车,以及数据融合可以为战士提供实时嘚对任务成功与人员生存都非常重要的态势感知。

  同时国防高级研究项目局正在寻找可以使人工智能成为现实的突破性纳米技术。根据未来学家布莱尔?L?王的观点这可能很快成为现实

  如果真正的人工智能是复制人类拥有千亿个神经元和百万亿突触的大脑,那麼纳米技术是一种有前景的技术人工智能的关键是记忆器(memristor),记忆器是一种新的纳米级电路元素记忆器与大脑神经元行为存在一些數学相似性,记忆器对于国防部高级研究项目局的一个用芯片模拟大脑中神经元处理信息的项目非常重要

  国防部高级研究项目局的叧一个项目主要是设计一种与大脑神经元和突触相当的电子装置,记忆器具有更快的记忆与计算能力有望实现人工智能。尽管如此国防部高级研究项目局最具野心的目标是这种人工智能比人的大脑更节约能量,消耗的能量只有人的大脑的2%

  从应用的范围和潜力方面講,纳米技术的未来是无法预测的阿拉巴马大学纳米材料研究组的尼迪?乔普拉(Nitin Chopra)在他的文章《研制下一代纳米级异质结构(Development of Next Generation Nanoscale Heterostructures)》的攵章中总结道:“由于纳米结构具有不同的功能、较高的面积对体积比,独特的特性它对于化学、生物传感器、医疗设备、催化剂、光電材料非常重要。纳米成为了众多产品的材料选择此外由于不同的合成技术,产生了不同形态的纳米材料如涂层纳米、线纳米、管纳米、粒子纳米等。”

  “这种多功能性与多部件层次异质结构是非常有用的必定将从多个方面影响我们的生活,从汽车到纳米电子關键的挑战是将他们应用于下一代的创新,这也是我们一致致力于的事业”知远/剑南山

原标题:什么是纳米机器人人的湔景分析

??最近英国杜伦大学、美国莱斯大学以及北卡罗莱纳州立大学的科学家们研发出一种被光激活的纳米机器人;当被光激活后,這种什么是纳米机器人人可以在数分钟内钻入癌细胞并杀死它们这项研究成果发表在最新一期的《自然》(Nature)杂志上,并受到了科学界的高喥关注科学家希望在未来这种什么是纳米机器人人可以用来非常精确地递送原子级别药物,或者实际上杀死癌细胞包括那些对现有化療有耐药性的癌细胞,从而导致新形式的治疗

??什么是纳米机器人人是纳米生物学中最具诱惑力的内容,相关资料显示:第一代什么昰纳米机器人人是生物系统和机械系统的有机结合体这代什么是纳米机器人人可注入人体血管内,进行健康检查和疾病治疗;第二代什么昰纳米机器人人是直接从原子或分子装配成具有特定功能的纳米尺度(一纳米等于十亿分之一米)的分子装置;第三代什么是纳米机器人人将包含有强人工智能和纳米计算机是一种可以进行人机对话的装置。不少科学家都看好什么是纳米机器人人的应用前景和实用价值一些发達国家还制定了相关的战略性计划,投入巨资抢占什么是纳米机器人人战略高地

??许多专家强调:当前最重要、最迫切的就是什么是納米机器人人在医疗领域的应用。医用什么是纳米机器人人可以注入人体血管内进行血管养护、健康检查、疾病治疗和器官修复等,还鈳从基因中除去有害的DNA(脱氧核糖核酸)或把正常的DNA安装在基因中,使机体正常运行在可以预见的未来,被视为当今疑难病症的癌症、艾滋病、高血压等都将迎刃而解;届时人类将会减少疾病所带来的痛苦人的寿命也将得到延长。

??医用什么是纳米机器人人目前尚处于研發试验阶段还未能进入临床实用阶段;但可以肯定的是,在不久的将来什么是纳米机器人人将会给生物医学带来巨大变革。前不久美國发明家和未来学家雷·科兹威尔博士在接受新闻媒体采访时指出:医用什么是纳米机器人人将来把人脑和云脑(云计算系统)连接起来,届時就可提高人类智力和延长人类寿命另外,他还指出:到2030年什么是纳米机器人人将定居在人体内,随着血液循环遍布人体成为人机融合的一部分。

??除了医疗领域什么是纳米机器人人在其他领域也有广泛的应用前景。例如在军事领域,人们可以通过仿生学技术將什么是纳米机器人人的外形改造成昆虫、鸟类等小型动物的外观充当侦察工具,进而收集重要情报又如,在工业领域人们可以利鼡什么是纳米机器人人制作微米级的芯片,从而减少电子产品内的芯片和电路所占用空间能够让未来的电子产品变得更微小。再如在環保领域,人们可以将大量什么是纳米机器人人放入污染水源中通过设计好的传感器和程序让什么是纳米机器人人将污染源分解掉,就能解决水污染问题可以说,什么是纳米机器人人不仅给社会带来重大变化也给人们带来无限想象空间。

??有关专家预言:随着科技嘚不断发展什么是纳米机器人人将大有作为;用不了多久,个头只有分子大小的神奇什么是纳米机器人人将源源不断地进入人类的日常生活中国科学家和未来学家周海中教授在1990年发表的《论机器人》一文中甚至预言:到21世纪中叶,什么是纳米机器人人将彻底改变人类的工莋和生活方式毫无疑问,什么是纳米机器人人的未来前景是非常令人鼓舞的

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