作者：沃倫·米勒，特約作家

納米機(jī)器是通過(guò)一次組裝一個(gè)原子制造的超微型機(jī)械裝置。這些機(jī)器在分子水平上具有非常廣泛的適用性——攻擊疾病、去除水中的污染物，甚至建造其他微型機(jī)器或自我復(fù)制——可能性令人難以置信。然而，直到最近，納米機(jī)器還只能在微觀(guān)層面上運(yùn)行。現(xiàn)在研究人員已經(jīng)開(kāi)發(fā)出一種方法，可以讓它們產(chǎn)生我們可以用肉眼看到的結(jié)果。

納米機(jī)器對(duì)其他微小的分子物體進(jìn)行操作，并且可以使用強(qiáng)大的顯微鏡觀(guān)察它們的活動(dòng)。然而，讓納米機(jī)器在人類(lèi)尺度上做一些人們實(shí)際上可以直接看到的事情是不可能的。那是因?yàn)榧{米機(jī)器很難以允許有組織的努力的方式排列。這些設(shè)備在正常狀態(tài)下隨機(jī)排列，相互對(duì)抗——有點(diǎn)像船上的一群劃船者，他們都在向不同的方向拉動(dòng)。不用說(shuō)，這使您很難到達(dá)目的地。

現(xiàn)在，達(dá)特茅斯學(xué)院的研究人員已經(jīng)找到了一種方法來(lái)克服納米機(jī)器應(yīng)用中的這一限制。通過(guò)使用創(chuàng)新的 3D 打印技術(shù)，他們能夠組織納米級(jí)設(shè)備協(xié)同工作，以實(shí)現(xiàn)人類(lèi)規(guī)模的結(jié)果。3D 打印方法允許納米器件通過(guò)打印過(guò)程對(duì)齊。納米器件可設(shè)置為同向排列；這允許大量設(shè)備之間的合作，當(dāng)你讓足夠多的納米設(shè)備一起工作時(shí)，你可以在宏觀(guān)尺度上看到結(jié)果。

研究人員通過(guò) 3D 打印由納米器件制成的特殊凝膠展示了宏觀(guān)規(guī)模的操作。納米器件具有特殊的分子結(jié)構(gòu)，在分子尺度上由軸上的環(huán)組成。環(huán)可以沿著軸移動(dòng)，并通過(guò)這樣做來(lái)改變它們的形狀以存儲(chǔ)或釋放能量。機(jī)械聯(lián)鎖的分子（或稱(chēng) MIM）以前曾在分子水平上用作微觀(guān)泵和開(kāi)關(guān)，但正常的隨機(jī)方向使它們無(wú)法在產(chǎn)生宏觀(guān)水平工作所需的規(guī)模上進(jìn)行合作。

這種特殊凝膠中的納米器件可以通過(guò)首先添加二甲基硫醚 (DMSO) 溶劑來(lái)儲(chǔ)存能量來(lái)激活；然后加入水以釋放儲(chǔ)存的能量。納米分子通過(guò)膨脹做出反應(yīng)，在演示中，提升了 1.6 毫米的一角硬幣。硬幣的重量是凝膠的 15 倍，升力比為 15:1。相當(dāng)令人印象深刻，但不是螞蟻可以舉起的重量的 50 到 100 倍。（然而，螞蟻需要更長(zhǎng)的時(shí)間來(lái)完善他們的舉重技能。）隨著時(shí)間的推移，我確信納米設(shè)備將進(jìn)化到能夠成功地與螞蟻甚至人類(lèi)進(jìn)行手臂摔跤。

圖片來(lái)源： 達(dá)特茅斯學(xué)院。

這項(xiàng)研究在宏觀(guān)層面開(kāi)辟了廣泛的可能應(yīng)用，機(jī)器人技術(shù)對(duì)我來(lái)說(shuō)是最有趣的。這些類(lèi)型的納米機(jī)器可以用來(lái)制造四肢、手和腳的等價(jià)物嗎？還是將宏觀(guān)層面的運(yùn)動(dòng)更好地實(shí)現(xiàn)為一個(gè)鉸接的球體，或者用數(shù)百萬(wàn)個(gè)像根一樣的小腿？我們是否能夠看到機(jī)器人如何移動(dòng)或抓握東西，或者它看起來(lái)像一團(tuán)超細(xì)電線(xiàn)一起移動(dòng)？也許納米設(shè)備甚至?xí)焖龠m應(yīng)環(huán)境，選擇最適合情況的移動(dòng)方式。門(mén)現(xiàn)在是敞開(kāi)的，無(wú)論從門(mén)里進(jìn)來(lái)的什么東西都可能會(huì)讓你大吃一驚。

審核編輯 黃昊宇