圖片來源@視覺中國

文｜觀察未來科技

當前，随着人們更深入地探索由分子和納米粒子構成的表層量子宇宙，科技的發展正朝着微觀世界延伸而去，并重新想象各種可能性。許多人可能并沒有意識到，納米技術已經在為我們生産各種日用品了。

現在的很多防曬霜就含有納米粒子，它們可以幫助吸收危險的紫外線，另外，納米粒子還可以更平滑地覆蓋在人體皮膚表面。類似的納米粒子還被使用在食品的包裝上，以減少紫外線對食品的照射，從而延長食品的保質期。有些用于碳酸飲料的塑料瓶現在也含有納米黏土，而這種材料可以讓碳酸飲料的保質期延長數月之久。當然，納米技術的意義遠不止于此。

基于納米技術的納米機器人正在拓寬人類物質世界的邊界，并且以很多種不同的方式重塑制造、醫療等領域的概念，帶來可以颠覆未來的想像。

3D打印和納米機器人

3D打印是根據産品的數字特征，逐層制造産品的技術。制造時先鋪設一層超薄的底層材料，然後層層香加，直到形成完整的立體産品。當然，3D打印不僅限于對消費者進行掃描，然後制作成可以放在婚禮蛋糕上或者共他任何地方的玩偶，盡管這看上去非常新潮。

更重要的是，3D打印作為先進制造技術，是未來制造的必經之路，其颠覆效果至少不低于20 世紀的流水線生産。比如，在醫學領域，3D打印能夠為患者制造钛合金下颚，包括與真實颌骨相連接的鉸接關節，可以容納靜脈和神經再生的凹槽等。3D打印在假肢制造也具有無可比拟的優勢。

使用3D打印的另一個例子則是制造原型産品，比如，在風洞中進行測試的飛機原型。3D打印之所以被廣泛用于原型生産，而不是後線的大規模生産的一個原因是，原型生産更強調靈活性，而大規模生産則更強調效率。在生産效率方面，3D打印暫時還無法與傳統的制造方法相比。

與此同時，另一個橫亘在3D打印技術前的障礙，就是3D打印技術的精度問題。不可否認，3D打印許諾了人們一個美好的制造前景。未來，當我們想要購買時，或許，我們隻需要收到一份該産品的數字設計圖文件，然後隻要将該文件輸人我們自己的便攜式多功能 3D打印機，就可以快速将它生産出來。但不可忽略的因素是，3D打印的精度，決定了最終産品的質量。

當然，現在的3D打印設備所使用的原材料範圍非常有限，并且其精度對很多應用來說都不夠。通用3D打印技術的發展隻有達到納米技術領域，即以原子或分子的精度操控物質，或者是在操控物質時，其某一個空問的維度至多延伸100納米，才能夠滿足原子級的精确制造。

而從3D打印機到原子精确制造，精度上将有一個非常大的跨度。比如，制造下颚的先進 3D 打印機，其打印的每層厚度約為30微米，相當于100000層原子的厚度，因此，要想每次隻控制一層原子，意味着精度要提高100000倍。

對于未來制造而言，一個不可回避的問題是，人類最終能實現哪種程度上的原子精确制造？而人們把這個問題聚焦于納米層面的原因在于，納米尺度要比顯微尺度小1 000倍，并且比我們每天體驗到的米級尺度的世界小10億倍。這與我們所知的宏觀世界截然不同，納米是一個度量微觀世界的長度單位，納米特殊的長度，也賦予了納米特殊的性質。

而要想實現高精度的原子精确制造，其中的一個可行性，就是納米機器人——納米機器人的手臂，可以把分子片段或單個原子輸送并安置到指定位置，其中的關鍵就是機器人手臂尖端的化學性質。

不過，對于原子精确制造在生物學之外的可行性，納米技術專家們則有不同的觀點。美國國家科學院2006年的一份報告表達了這種不确定性：

“如今，盡管可以從理論上計算，但是還不能可靠地預測化學反應最終可達到的周期範圍、錯誤率、反應速度，以及這種自下而上的制造系統中的熱力學效率。因此，雖然可以從理論上計算所制造産品的完美性和複雜性，但還不能準确地預測實際産品性能。”

改變生命的可能

除了在精度制造領域有所作為，納米機器人更具有前景的應用，則表現在醫療領域——實際上，人體才是這個世界上最為精密的機器。

在人體中隻有43%的細胞是人體細胞，而其他細胞都是極其微小的“殖民者”，這些細胞包括數以萬億計的細菌、病毒、黴菌以及古生菌。這也給納米機器人提供了一個廣闊的用武之地。顯然，在這些除了人體細胞之外的微生物中，再添加數百萬個納米機器人并不是一件不可能實現的事情，更何況納米機器人還能夠改善我們的生活和健康狀況。

其中，一個科學家們已經在跟進的研究是，把大量納米機器人放進人類的血液裡。美國物理學家羅伯特·弗雷塔斯就是這項研究的最重要的前瞻人物和倡導者之一。弗雷塔斯認為，老年化是一種可治愈的疾病，而通過納米機器人，或許很快就能治愈衰老：“雖然我們今天還不能制造這樣的微型機器人，但到 21 世紀20年代或許可以造出來。”

現代醫學已經給出了明确的結論，衰老是由于 “基因組不穩定、端粒損耗、表觀遺傳改變、蛋白質抑制失調、營養素感應失調、線粒體功能障礙細胞衰老、千細胞耗盡、細胞間通信變化” 等引發的人體大分子、細胞和組織的積累性損傷。按照弗雷塔斯的說法，所有這些損傷都可以用納米機器人修複。

納米機器人将能夠穿越血液，然後進入或接近細胞，執行各項任務，如清除毒素，清掃細胞碎片，糾正DNA 錯誤，修複和恢複細胞膜，逆轉動脈粥樣硬化，調節激素、神經遞質和其他代謝物的水平，以及其他許多任務。

另外，在未來，納米機器人或許還能夠掃描大腦，包括用來研究大腦的功能，實現對大腦的逆向工程，制造廣義人工智能，最終再把人類的思維上傳到計算機中。《奇點臨近》的作者庫茲韋爾就在書裡這樣展望：數十億個納米機器人可以穿過大腦中的每一根毛細血管，近距離掃描每個相關的神經特征。納米機器人還将使用高速無線通信彼此聯絡，并與計算機相連接，根據掃描數據編制數據庫。

不過，就當前來說，一項更加貼近現實的納米機器人應用，則是利用納米機器人來擺脫癌症。亞利桑那州立大學的科學家就采用“DNA折紙術”設計了一隊納米機器人來尋找和消滅癌症腫瘤，同時确保健康細胞不受損傷。這些納米機器人通過瞄準腫瘤的血液供應、阻斷血液的流動來發揮作用。因為所有的腫瘤都需要血液才能夠存活下來，因此，這項技術也具有治療多種不同癌症的潛力。

研究人員認為，将多種不同的經過合理設計的納米機器人混合在一起，然後再讓它們攜帶不同的藥劑，或許可以幫助達成癌症研究的最終目标，即根除實體瘤，消滅腫瘤的血管浸潤轉移。

不過，将一隊納米機器人注入血管是一回事，而将它們引導到正确的位置就是另一回事了。在普渡大學，研究人員率先嘗試了使用超聲波和磁場來引導這些微型機器人。這種做法不僅可以為納米馬達提供動力，還可以引導它們在人體内部走向正确的位置，隻有到了正确的位置它們才有可能參與對癌症進行治療、在指定的位置供藥，或者繪制出人類大腦的具體結構。

對納米機器人的擔憂

從納米機器人的優勢角度來看，庫茲韋爾的說法是：“我們血液中的智能納米機器人會保護我們的細胞和分子，進而維持我們的健康。這種納米機器人還會通過毛細血管進入大腦，并與我們的生物神經元互動，直接擴展我們的智力。基于加速回報定律，在未來的30年間，這些技術的功能會比現在強大十億倍。”

但凡事都具有兩面性，正如人們對人工智能的擔憂一樣，納米機器人也可能失控——能夠吞噬斑塊、摧毀癌細胞并殺死細菌的納米機器人也有可能會犯錯，敵我不分地開始吞噬我們的身體。

另一種的擔憂，則是對納米機器人的增長速度超出控制的擔憂。究其原因，最可能用來制造納米機器人的原料是碳，因為它具有獨特而靈活的化學特性。由于同樣的原因，碳也是生物有機體中的主要成分，這使得它有可能成為自我複制納米機器人的理想原料，用來生産更多的納米機器人。逃出人類實驗室控制的納水機器人，可能會在數周内就消耗掉整個生物圈。

這種假設性的場景導緻人們提出所謂的“灰色末日”理論。這将是一個災難性的場景，可以自我複制的納米機器人在失去控制後逐漸消耗完地球上所有的生物物質，并将每一種活的生物體都轉變成了一堆灰色的糨糊。《瘟疫年》這本小說就描寫了失控的納米技術通過傳染的方式吞噬了居住在10000英尺高空以下的所有溫血生物。這迫使剩下的人類逃往了更高的樓層，并在那裡掙紮求存。

當然，這是最為悲觀的擔憂，而還有一種中間立場提供了避免“灰色末日”出現的可能。一方面，隻要人類遵守某種安全協議，就可以繼續開發納米機器人技術；另一方面，如果我們忽視這些預防措施，它就很有可能變成真正的危險。

而對于如何讓納米機器人以受控、 安全的方式進行自我複制中，一個關鍵的看法是，一個物體（無論是生物體還是機器人）的自我複制能力總是與其所處的環境密切相關。即使是一套鐵匠的工具，也可以在适當的環境下打造出一套一模一樣的新工具，這也可以被描述為自我複制。自我複制永遠需要原材料和能量的供應。因此，如果我們構建的自我複制機器中，包含某些自然環境中不具備的材料，就可以避免納米機器人的複制失控。

當前，通過在最微觀的層次上掌控物質世界的組成模塊，我們正在重塑我們周圍的一切。事實是，未來的某一天我們或許會變得非常依賴這種技術，因為人類的擴張欲望将會繼續推動人們向内沉入這個由亞原子主導的領域，同時更進一步地向外深入未知的宇宙。而當人們在這兩個方向上走得越遠時，或許也将會越清醒地認識到人類的渺小和宇宙的浩瀚。

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