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科学家研究分子马达诱人前景:打造纳米机器人 1

发布时间:2007-04-13 来源:中国自动化网 类型:产业分析 人浏览
关键字:

机器人

导  读:

知道人羊吗?

3月末,当世界“诞生”了第一只拥有15%人细胞的羊被披露,引来学术界沸沸扬扬:这只半人半兽的东西,它还是羊吗?不少科学家忧心如焚:这个物种违背自然法则,挑战伦理底线,并极可能带给人类新的疾病,一言以蔽之:它将给人类带来无法预料的可怕灾难。

 无独有偶,惊人眼球,在此前后有消息称:英国朴次茅斯大学凯斯·费尔曼博士等成功研制出DNA制动器或分子发电机。“这个史无前例的装置,在活的生物有机体和计算机之间建立联系架设了桥梁。它的应用前景令人异常兴奋。”这是否就是“人机”联姻的第一步?它的繁衍发展,又会带来什么全新的未知?

刚刚撩开它的面纱

 今天,我们实在需要科普扫盲与去伪存真。

 DNA制动器或分子发电机,名字够酷的,“在活的生物有机体和计算机之间建立联系”,这句话听着也挺神秘。记者在地铁二号线陆家嘴站随机采访,大部分人是一头雾水,但有些科幻小说看多了兼想像力丰富的人,一听到这个消息,一下子就联想到什么“人工智能”,“机器人统治人类”,对这个东西的前景,既兴奋又忧虑……“《黑客帝国》那部电影里,机器不是都不用电了吗?直接把人吊起来,后脑插根管子,一头联到电脑上,人给机器提供能量,这不就等于DNA发电吗?你说的那个东西是不是这样呀?”有个二十几岁的小伙子最有想像力,还别说,听着确实挺有道理。

 “可以理解为生物直接提供动能,不过,这是在纳米也就是十亿分之一米级别的微观尺度上,平常意义的计算机是属于宏观尺度的,跟它搭不上界,更别说什么‘人工智能’了,就更风马牛不相及。”曾在美国宇航局长期担任纳米技术中心主任的韩杰博士说,这项研究属于生物纳米技术前沿,英国朴次茅斯大学是所名不见经传的二流学校,但却是这方面的佼佼者。他们所造出来的那个“DNA制动器或者分子发电机”,一般叫作分子马达。说它是“史无前例”纯属耸人听闻,2000年,贝尔实验室和牛津大学的研究者就已经成功开发了。

 分子马达的制造,来源于现代科学对生命运动的认识。花是如何绽放的?人是如何跑动的?吃下去的食物又怎样化为机械运动所需的机械能?早在1944年,量子力学奠基人薛定谔在《生命是什么》一书中,就提出了生命运动是由分子机器来实现的假想。但直到最近十年,科学家才撩开这个机制的部分面纱:生物体内存在着天然的分子马达,通常是酶蛋白大分子。它们的运动与ATP水解发生偶联,ATP储藏的化学能就直接转化成了机械能。ATP是什么?学过高中生物的人都知道,ATP的中文名叫三磷酸腺苷,它是生物体内的储能物质。像人体内ATP的总量大约有0.1摩尔,其中的能量跑个100米就全用完了,如果还要跑,就必须由血糖在无氧状态下,迅速合成新的ATP提供能量。

   无论是百米赛跑,还是DNA复制,生物体的一切定向运动都可以归因为分子马达的运动。“依靠先进的光钳技术,我们可以观察到分子马达的运动方式,不同类别分子马达的运动不一样,有的长了两条‘腿’,跟人一样迈步走,有的分成定子和转子,转子绕着定子做旋转运动。”上海交通大学机电设计与自动化研究所所长、博士生导师王石刚说。

 发现分子马达的存在后,科学家马上想到:应该控制它,让它动就动,不动就不动。复旦大学先进材料实验室的副教授易涛告诉记者,现在常用的方式有三种:化学驱动、光驱动和电驱动。朴次茅斯大学造的那个,是电驱动的,易涛自己则是研究光驱动分子马达的,“方向不同,但殊途同归。”

 那么,由人类控制的分子马达究竟又有何用?于是有了一个很诱人的前景:打造纳米机器人。

 真的会点石成金

 无数科幻小说描写过这样的情景:一个很小很小的机器人,比你的细胞还小,所以就可以进入体内的任何一个细胞,如果给予指令,它就能在你的身体里随意活动,吞噬病菌,杀死癌细胞……医生出诊,完全不用带什么药啊针啊,口袋里装上这么一大把的机器人,根据病人的情况,请他吞下一些机器人,或者从皮肤上切开一个小口子,把机器人送入病人的身体里,其他的事,让机器人自己完成。

这就是纳米机器人。目前人类还无法制造这么小的机器人,一部分原因是找不到足够小的动能装置。王石刚教授告诉记者,分子马达既然能把生物能转化为机械能,一旦被人类完美地控制,就完全可以充当纳米机器人的发动机。你也可以把分子马达看成一个最简单的纳米机器人,像一种长了两条“腿”的肌球蛋白分子马达,可以做线性推进运动,在人体内,它的一大作用是在细胞内搬运小泡等物质,理论上,如果再给它装个筐,它也能运我们想运的其他东西。

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