纳米机器人重点.docx

机器人论文 班级:机自1207班 学号:1210310802 姓名:缑天军 纳米机器人 纳米机器人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“功能分子器件”，也称分子机器人；而纳米机器人的研发已成为当今科技的前沿热点。 纳米微机械和纳米机器人是纳米技术中引人注目的研究课题之一。利用原子和分子直接组装成纳米机器人不但速度、效率比常规机器人高, 而且其应用范围广泛、功能特殊。制造纳米机器人可节约材料和降低污染程度, 这是现有机器人的制造所无法比拟的。采用纳米大分子“生物部件”与小分子无机物晶体结构组合, 以及纳米电子学控制装配成的纳米机器人, 其电脑是一台纳米计算机, 而它的身体能进行自我复制。纳米机器人的诞生将会给人类科技带来深刻的革命。 一、纳米机器人的基本情况 1、 纳米机器人开发 早在1990年, 美国贝尔实验室就成功地制造出了极其微小的纳米机器人。这种只有跳蚤般大小的机器人由许多齿轮等零件、涡轮机及微电脑组成, 其零件小得犹如空气中漂浮的尘埃。该纳米机器人一亮相, 就引起了人们极大的兴趣。不久后, 美国犹他大学和加州大学也先后制出了几种极其微小的纳米电机。2000年, 美国波士顿大学又制造出了一种世界上最小的分子马达。该马达仅由78个原子组成。几乎同时, 日本和荷兰也研制出另一种用太阳能驱动的分子马达, 它能在光的照射下连续不断地旋转。分子马达是纳米机器人的核心部件, 它可为未来的分子机械提供动力, 为今后开发及研制微小的分子机械奠定一定的基础。2000年2月, 日本东京大学宣布, 他们在世界上首次研制成功可以自由控制转速的分子齿轮。该分子齿轮的结构由两个直径约为1nm 的卟啉分子夹着一个直径约为0??1nm的金属离子组成。 美国康奈尔大学研究人员在活细胞内的能源机制启发下, 制造出了另一种分子马达。这种微马达以三磷酸腺苷酶为基础, 依靠为细胞内化学反应提供能量的高能分子三磷酸腺苷( ATP) 作为能源, 再把由金属镍制成的螺旋桨连接到三磷酸腺苷酶分子中轴上, 制造了400个分子马达。当它们被浸入ATP 溶液中后,其中有5个转动了起来, 转速达到8 r /s。这种分子马达只有在显微镜下才能被观察到。分子马达的潜在应用价值非常巨大, 如果在分子上嫁接其他零部件, 可以制造出其他纳米机器——例如可探测有害化学物质的纳米传感器, 当被有害物质激活后, 这种传感器内的马达就打开阀门释放出可见的物质信号。 自1990年以后的10年中, 科学家们已经成功地制造出了纳米齿轮、纳米轴承、纳米喷嘴、纳米传感器等纳米机械及机电零器件, 而且还发明了纳米发动机和纳米执行机构。如将这些纳米零器件和发动机等执行机构组装起来, 就可以构成人类梦寐以求的实用微型系统。例如, 日本丰田汽车公司用微型部件制造了一辆只有1粒米那么大的能开动的微型汽车; 东京大学用硅材料制造了1只微型仿生昆虫, 这种微型昆虫已经能够飞行数厘米, 将来有望应用于军事目的。 美国贝尔实验室认为, 微型机械的物理特性使其相当可靠, 而且坚固耐用。微型电子机械技术是科学家研制纳米机械的一个突破口。该技术可以将100 万个极小的器件集成在一块硅片上, 类似于制成集成电路, 这就使得人们制造纳米机器(人)成为可能, 并可以大幅度降低生产成本。 早在2000年2月20日, 科学家在美国举行的科学促进年会上宣告, 尺寸为分子般大小, 厚度只有1根头发丝的几百分之一的纳米机械装置将在今后数年内投入实际使用。 2、纳米机器人的分类 纳米机器人通常是指按照分子水平生物学原理设计制造的可对纳米空间进行操作的“功能分子器件”，也称分子机器人，属于分子仿生学的范畴；某些情况下，能进行纳米尺度微加工或操作的自动化装置也被称之为纳米机器人。因此，广义上来说，纳米机器人可分为生物纳米机器人和进行纳米加工的自动化装置2种。 当前生物纳米机器人研究工作已从第一代生物机械简单结合系统（例如用碳纳米管作结构件，分子马达作为动力组件，DNA关节作为连接件等）发展到第二代由原子或分子装配的具有特定功能的分子器件（例如直接用原子、DNA片断或者蛋白质分子装配成生物纳米机器人），未来还将向第三代包含纳米计算机在内的进行人机对话的操控性纳米机器人发展。第三代生物纳米机器人目前还处于设想阶段。 二、纳米机器人的潜在应用情况 目前，纳米机器人尚在研究开发阶段，但其潜在应用十分广泛，主要体现在医疗和军事上。 纳米机器人在医疗上的应用 在生物医学上，纳米技术具有无限的潜力，纳米机器人的研制成功成为纳米研发领域的骄傲。纳米机器人不但能够修复细胞与基因，还能够清除体内垃圾、养护血管。 （1）细胞与基因的修复 随着人类对物质控制能力的不断进步，分子大小的机械部件将会诞生，它们可以组装成比细胞还要小的微型机器。人工制