偉大的渺小

文｜馬 迪

現實與科幻到底有多少差距？納米機器人到底能干啥？

機器人是電影和科幻小說中的常客，要是沒幾個機器人角色都不好意思說自己是科幻大片。而肉眼看不見的“納米機器人”又是其中翹楚，每次出現都是“黑科技”的代名詞—要么是縮小無數倍的潛行者，要么是改造人體的催化劑，總之神乎其神，真正詮釋了想象力的天馬行空。

現實與科幻到底有多少差距？納米機器人到底能干啥？

雖然從廣告上常常聽到納米技術這個名詞，但絕大多數只是概念而已。納米（nm）又叫毫微米，即0.000001毫米。這意味著要將一根普通的頭發（直徑0.05毫米）縱向平均剖成5萬份才能得到1納米。

1959年，諾貝爾獎得主理論物理學家理查德·費曼在一次著名的演說中提出了許多微觀尺度上的構想，比如如何在針尖上寫下24冊的大英百科全書、如何在原子的尺度上加工和制造微型計算機等等。今天，只要在網上搜索“Plenty of Room at the Bottom”就可以直接領略大師當時的風采（80分鐘），費曼因此也被稱為“納米技術之父”。

費曼率先提出利用微型機器人治病的想法：病人可以吞下這種“極小同時按我們計劃行事、聽從人類指揮的機器”，任其在人體內進行手術和治療。這就是納米機器人概念的雛形。由于過于超前，在演講發布的最初20年里幾乎毫無進展，直到1981年掃描隧道顯微鏡以及在此基礎上的原子顯微鏡問世，納米機器人研究才成為可能。

早在20世紀80年代，人們就實現了對單原子的控制，第一代納米機器人就是生物系統和機械系統的有機結合體。（例如用碳納米管做結構件，分子馬達做動力組件，DNA關節作為連接件）

直接利用原子或分子裝配成具有特定功能的裝置被稱為第二代納米機器人（例如直接用原子、DNA片段或蛋白質分子裝配）。2015年，法國國家科學院的一個研究小組，成功合成了一種很長的聚合鏈，通過超分子鍵把成千上萬的納米零件結合在一起，每個都能產生約1納米的線性伸縮運動，積少成多使這條聚合鏈能夠產生10微米的收縮舒張，就像肌肉組織一樣。

即便如此，這些研究也只是實現了“納米零件”的簡單聚合，真想要裝配出電影中那樣靈活的納米機器人，還有很長的路要走。更何況，理論上的第三代納米機器人將在第二代的基礎上增加控制器（如納米芯片、納米計算機等），就更加遙不可及了。

除了怎么“做出來”，還有一個關鍵問題，是如何讓納米機器人“動起來”。

機器人的工作離不開基本的運行能源，一般會用到電場或者磁場，比如麻省理工大學的科學家在納米機器人的表面涂上了鎳鈦雙涂層，使其具有磁性，這樣就能夠通過外部磁場控制其行動路線。

2017年，來自三大洲的6支隊伍在法國進行了一場“納米賽車大獎賽”。賽道由黃金制成，全長100納米，參賽者投入自己制造的車型分子進行比賽。全程使用掃描隧道顯微鏡等特殊設備產生的電流“推動”分子前進，最后美國-奧地利聯隊以每小時35納米取得了冠軍。

也有學者腦洞大開，想從能運動的細胞那里“借力”，而最有動力的細胞莫過于精子了。德國的一個研究團隊使用鈦-鐵納米薄膜做出了一種空心管，之后將牛的精子一頭置入管子，尾巴暴露在外，就制成了“精子機器人”。通過改變溫度等條件，可以控制精子的移動路線和速度，堪稱微觀世界里的“牛車”。

納米機器人在醫療領域的應用是納米生物學中最重要的方向，但實際中的重重困難讓這個領域步履蹣跚。

由于需要進入患者體內，因此需要保證機器人表面對血漿等體液沒有黏附性，還需要為惰性材料，不與人體發生生物化學反應，避免引起人體內多種系統性反應如免疫反應、促凝反應、超敏反應、發熱反應等。另外，納米機器人尺寸較小，可能會引起體內巨噬細胞的警覺，還需要能躲避或者不觸發吞噬。

2019年，加州理工學院的科學家把納米機器人放在一個膠囊里并注射進人體內（這層膠囊可以防止納米機器人被胃酸等體液破壞）。隨后，他們利用一種名為“光聲斷層掃描技術”在人體外對這些納米機器人進行了實時定位。當機器人膠囊抵達病患區域時，用外源近紅外光穿過人體組織，使膠囊破裂從而釋放納米機器人，成功地在病患區域停留并釋放了藥物。

毫無疑問，納米機器人將會帶來一場醫學革命。如果納米機器人在未來能夠修復并維護人類的免疫系統，進行監測工作，那么我們很可能再也不會得病；如果它能夠24小時不間斷地在體內進行修復、替換和調整；我們很可能極為長壽。甚至有未來學家認為，納米機器人將來會定居在人體內，成為人的一部分。這樣的未來，你想要嗎？