谷歌又来新玩具 纳米机器人充当体内医生
- 2015-01-05 16:01:436425
谷歌又来新玩具 纳米机器人充当体内医生
纳米机器人：未来体内医生
“纳米机器人”的研制属于分子仿生学的范畴，它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的“功能分子器件”。纳米生物学的近期设想，是在纳米尺度上应用生物学原理，发现新现象，研制可编程的分子机器人，也称纳米机器人。合成生物学对细胞信号传导与基因调控网络重新设计，开发“在体”（invivo）或“湿”的生物计算机或细胞机器人，从而产生了另种方式的纳米机器人技术。
产生是与SPM的发明和在生命科学中的应用分不开的。生命过程是已知的物理、化学过程中复杂的事情。不同于宏观生物学，纳米生物学是从微观的角度来观察生命现象、并以对分子的操纵和改性为目标的。纳米生物学发展时间不长就已经取得了可喜的成绩。生物科学家在纳米生物学领域提出了许多富有挑战性的新观念。纳米生物学的加工技术可以向生物细胞学习。
纳米机器人
纳米生物学的设想，是在纳米尺度上应用生物学原理，发现新现象，研制可编程的分子机器人，也称纳米机器人。涉及的内容可归纳为以下3个方面：
①在纳米尺度上了解生物大分子的精细结构及其与功能的联系。
②在纳米尺度上获得生命信息，例如，利用扫描隧道显微镜获取细胞膜和细胞表面的结构信息等。
③纳米机器人的研制。纳米机器人是纳米生物学中具有诱惑力的内容，代纳米机器人是生物系统和机械系统的有机结合体，这种纳米机器人可注入人体血管内，进行健康检查和疾病治疗。还可以用来进行人体器官的修复工作、作整容手术、从基因中除去有害的DNA，或把正常的DNA安装在基因中，使机体正常运行。第二代纳米机器人是直接从原子或分子装配成具有特定功能的纳米尺度的分子装置，第三代纳米机器人将包含有纳米计算机，是一种可以进行人机对话的装置。
你持续发烧，但医生既没有给你开药，也没有打针，而是提供了一种特别的医疗方式——往血液里植入一种微小的机器人。这种机器人探测到发烧原因，摇曳着一对尾巴状的附加物，游过了动脉和静脉，运行到适当的系统，直接对感染部位进行治疗。
纳米机器人谷歌“又上”新玩具
不久前的"WSJD在线"技术大会上，谷歌X实验室生命科学小组负责人安德鲁·康拉德透露，谷歌正在设计一种纳米磁性粒子，这种粒子可以进入人体循环系统，进行癌症和其他疾病的早期诊断。纳米磁性粒子，听起来有些复杂，如果换个通俗的说法，那么谷歌这个新项目其实还有另一个更耳熟的称呼--纳米机器人。
纳米机器人
纳米机器人不仅是科幻作品中的常客，在实验室里也已真实存在，只是由于技术成熟度不够，一直没能进入应用阶段。如今谷歌重新将其带入大众视野，能够为这项科幻感十足的技术带来革命吗？
小空间大作为
纳米机器人的概念早并非源自谷歌。目前比较普遍的说法是，它由诺贝尔物理奖获得者理查德·费曼在1959年一次题为《底层有很大的空间》的演讲中提出。
理查德·费曼认为，人类未来有可能建造一种分子大小的微型机器，可以把分子甚至单个原子作为建筑构件，在非常细小的空间里构建物质，这意味着人类可以在底层空间制造任何东西。
理查德·费曼提出的微型机器概念，确切地说应该属于纳米操作机器人，即本身体积可能超过了纳米级别，但所能操控的物体属于纳米尺度。如今谷歌正在研发的纳米机器人，则是指自身体积在纳米级别内的机器人。
不过，不管是纳米操作机器人，还是纳米机器人，本质上都是根据分子水平的生物学原理为设计原型，设计制造的可对纳米空间进行操作的"功能分子器件"，属于分子仿生学的研究范畴。
虽然个头小到分子级别，肉眼根本看不见，但纳米机器人实际作用却十分重要，其中重要的就是医疗卫生应用--检测消灭疾病。
这也是在众多科幻电影中展示多的一项功能：当你感冒发烧，医生不再是给你打针吃药，而是在血液里植入纳米机器人，这种机器人在体内探测感冒病毒的源头，并达到病毒所在处，直接释放药物杀灭病毒。
不只是感冒发烧，在同样机理下，找到并杀死癌细胞、疏通血栓、清除动脉内的脂肪沉积、清洁伤口、粉碎结石等，都会是纳米机器人这个"未来体内医生"的拿手好戏，这些功能中，每一项都有可能变革整个医疗行业。
更为不可思议的应用，是将纳米机器人当作媒介，连接人脑神经系统和外界网络系统，为开发人脑智力和潜力带来无法想象的革命，彻底改变生活和工作方式，甚至是人类本身。
现实难题
虽然想象无比美好，美国、日本以及中国一些研究机构也都成功研发出了应用于各种疾病检测治疗的纳米机器人，但迄今为止，纳米机器人技术依然停留在研发试验阶段，还没有哪个项目的成果真正进入临床。
谷歌的纳米磁性粒子同样如此，安德鲁·康拉德坦言，虽然谷歌同时还在开发一种磁性可穿戴式设备，用来计算这些纳米粒子的分布，但对于如何引导粒子机器人到*的目的地、或者绑定特定的目标细胞，目前也还没有成熟的解决办法。
科研人员还没有给纳米机器人找到成熟的"导航系统"。比起现实世界的城市或公路网络，人体内的静脉和动脉网络要复杂得多，而且纳米机器人如果不停留在人体内，就必须为它找到合适的出口。
另外一个问题同样难住了科学家们，即纳米机器人的动力系统。纳米机器人的体积已经是分子级别，在这种情形下，制造一种更小的电池放进纳米机器人体内变得极其困难。
即使成功制造出这种纳米级电池，在当前电池技术水平下，电能大小与体积直接相关，过小的电池体积也注定了这块电池无法满足纳米机器人完成任务所需要的能量。
除了这些技术障碍，技术监管和社会意识的风险同样不容忽视。谷歌的纳米粒子机器人初步设计以药片的形式提供，吞服到人体内，就意味着将面临比体外各种检测仪器更严格的监管力度。
而在人体内24小时不间断检测数据的做法，也会让谷歌以及纳米机器人面临不少质疑。在此之前，谷歌等企业收集用户隐私的行为已经广受抱怨，纳米机器人深入人体，更容易让人产生更为可怕的联想。
突破方向
以上问题导致纳米机器人的现状一直不温不火，但这并非意味着纳米机器人没有未来。
技术层面，目前看来，导航系统的难题正在得到解决。研究人员已经从内部和外部找到了不少可以进一步寻求突破的方案。
内部的导航方案即纳米机器人自带传感器。得益于纳米技术的发展，传感器如今的技术水平也有了质的飞跃。为纳米机器人配备化学或者光谱纳米传感器，就能够探测并根据特定的化学或光感追踪技术，找到正确的位置。
外部的方案更多，可以向纳米机器人发射超声波信号、无线电波、X射线，引导纳米机器人的走向。当然也可以采用谷歌的解决方案，使用配套的可穿戴设备，利用磁场来指引道路。
动力系统的解决办法则麻烦一些，有研究人员想到了利用血液中的电解液作为能力，通过纳米机器人自身携带的化合物与血液反应产生能量。还有研究人员提出可以使用核能，解决了体积和能量的矛盾，不过由于公众对核能固有偏见，真正应用中很难被采用。
现实社会的监管和道德问题看似很复杂，但实际上只要有合适的契机，同样有可能快速取得突破。
"想想看，如果人们可以通过纳米机器人系统自行完成医疗诊断测试过程，谁会不希望更快地加入其中。这背后，又能产生多少新型的巨大的商业机会。"安德鲁·康拉德说。
当然，这一切的前提，是有一个综合所有优技术的、成熟的、临床可行的纳米机器人解决方案。