登陆注册
5526400000013

第13章 纳米老鼠“提修斯”

历史上人类早就试图让机器拥有和人一样的感觉能力。美国“信息论之父”香农,1950年制造了一只机器老鼠,取名为“提修斯”。它借助地板上的许多磁铁和电路,能够从迷宫中探路而走,以最短路线通过迷宫。也是在1950年,英国神经学家沃尔特制造出很有名气的机器乌龟,它是能够自动行走的机器玩具。它身上有一个光电管作眼睛,光电管是一种受到光照射即可产生电信号的元件。它身上还有两个电动机,机器乌龟就靠电动机驱动轮子移动。在有电时,它可以前后爬行,还可以转圈,也能避开光源。如果电用完了,它能向着有光的地方爬去进行充电,充完电后再退回来。

1977年,美国电气与电子工程师协会举办了机器小老鼠走迷宫竞赛。迷宫由许多围墙构成走道,有不少死胡同。小孝鼠从进口向里走,开始找路。它身上带有传感器,能感觉出是否碰上围墙。它是由电动机驱动身子下的轮子进行移动的,它身上有微电脑,由电脑计算出最短的路径。电动机和传感器向电脑提供行走了多少路程,电脑根据这些数据和程序产生控制信号,控制轮子前进和转弯,使小老鼠以最快速度走到终点。这一例子,说明了机器人正在不断向智能化发展,微型机器也是这样。科学家设计了一种由纳米电子材料制成的微型商务智能机器只有一张名片大小。

要想让纳米机器人拥有各种各样的能力,就要给它们装上各种器官,科学家研究出了纳米耳、纳米鼻等,将来把它们装在纳米机器人上,那么这些机器人可能真的就成了“超级小人”了。

下面就让我们看看这些微小的感官是什么样的:

纳米耳

你的听力足够灵敏吗?任何细小的声音都逃不过你的耳朵?这是做不到的。然而科学家们正在研制一种人工耳:纳米耳,它的敏锐度甚至能够把细胞所发出的噪声分辨出来。

这并非痴人说梦。美国航空航天喷气推进实验室的诺卡教授用模仿人耳的方法来制造纳米耳。在入耳中,耳鼓所接受的声音经过三块骨头传到耳蜗,耳蜗内部有一排排毛细胞,细胞上部是一簇簇细丝,称为静纤毛。声音振动使耳蜗中的液体活动,使这些静纤毛飘荡;每次静纤毛晃动,都触发被大脑理解为声音的脉冲。诺卡教授和他的同事发现:碳纳米管十分适于做人造静纤毛,而且比钻石还耐用。另一位教授发明了像草皮种植场种草那样种植碳纳米管的方法,使它大量被制造,用于生长纳米耳。

实验已证明,这种纳米耳灵敏度大大超过人耳纤毛的潜力。耳朵里的纤毛直径为100纳米左右,长度是一两个微米,而现在制造的纳米耳直径只有几纳米,长度却有60微米,真可谓是又细又长。这样就使得这种纳米耳的灵敏度增高许多。也许有一天,这种人工耳可置于人体血液循环中,作为流动的纳米听诊器,专门监听细胞功能失调,甚至可以听到癌细胞所发出的清晰声音。这种纳米耳完全生产并投入使用大概还需要一段时间。

纳米鼻

美国斯坦福大学的研究人员发现,用纳米碳管制成纳米鼻,可以用来探测有毒的二氧化氮和氨气。科学家希望这一发现将引出新一代的环境探测器,并在环保领域大显神威。二氧化氮和氨气会导致温室效应和酸雨,因此它们在大气中的含量必须被实时监测。工程师们还需要准确探测这些气体在某些地方的浓度,例如测量燃煤工厂中这两种气体的浓度可以检测除污系统的有效性。但是,现有的探测技术成本高,不便移动作业,且所需温度高。用纳米碳管制成的探测器就可以解决这些问题。

研究人员发现,当碳纳米管暴露于二氧化氮中时,通过它们的电流增大;当暴露于氨气中时,电流减小。尽管现在还不能确定是什么原因导致了电流的变化,一种解释是气体分子释放或吸收电子,从而使纳米管的电阻发生改变,但这不妨碍人们对这种变化的应用。纳米鼻探测器由两端联接着金属导线的碳纳米管组成,与现有探测器不同的是,它可以在室温下工作,造价低廉,并且体积微小,只有3微米长。在用微芯片进行化学分析的“芯片实验室”中可以找到用武之地。一般来说氨气很难探测,而且氨气污染越来越严重,有了这种探测器就太方便了。一位环保工程师也认为,对二氧化氮进行监测很有价值,但是在原来的技术条件下难以进行,而“新的纳米鼻探测器有用极了”。目前,研究人员正在寻求商业合作伙伴对它进行开发。但是,这种探测器还有一些缺陷需加以改进,如:恢复时间慢,它测定一个气体样本后需等12小时才能再次使用;另外,还可根据用户需要改造这种探测器,使它具备更多的功能。例如,科研人员已在用它探测一氧化氮方面取得了一些进展。

纳米温度计

测量比针尖还细小很多的物体的温度并不容易,最近日本科学家利用纳米碳管研制出一种微型温度计,它可以测量50~500℃之间的温度,预计在微观环境中将有广泛的应用。

日本物质材料研究机构的科学家在最新一期的英国《自然》杂志上报告说,他们在直径为75纳米的纳米碳管里充人金属镓液体,对它加热,然后冷却。结果发现,在50~500℃之间,纳米碳管中镓液柱的高度随温度呈均匀变化,就像普通温度计里的酒精或水银液柱的高度变化一样,液柱最长可以达到10微米。

金属镓的熔点为2978℃,沸点为2403℃,用液体镓作为测温液体,可以测量的范围很大。此外,用于制造纳米碳管的材料是石墨,它在50~500℃之间体积随温度的变化极小,因此纳米碳管本身的直径和长度变化可以忽略不计,测量精确度较高。

测量温度是科研和工业生产等领域的基础工作之一。目前,包括晶体管等在内的很多器件尺寸越来越小,这对在微观环境中测量温度提出了新要求。日本科学家的这一成果有望为满足这一要求提供新手段。另外,这一成果本身也是在纳米技术领域的有益尝试。

将来把这些传感器装到纳米机器人身上,他们就能听、能闻还可以感知冷热,这样以后甚至可以创造出智能型的纳米机器人。

同类推荐
  • 历史地理学方法论的探索与实践

    历史地理学方法论的探索与实践

    本书以专题形式分别探讨了中国历史地理学的历史、现状和发展趋势,中国古代、近现代历史地理学思想,历史地理学的研究对象、学科属性和研究意义,历史地理学的学科体系,黑格尔地理环境理论的辩证分析,历史社会地理学与区域社会史的若干理论等。
  • 古代数学与算学

    古代数学与算学

    在世界四大文明古国中,中国数学持续繁荣时期最为长久,它是中国传统科学文化百花园中的一朵奇葩,是世界文化宝库中一颗璀璨的明珠。从公元前后至14世纪,中国古典数学先后经历了三次发展高潮,即两汉时期、魏晋南北朝时期和宋元时期,并在宋元时期达到顶峰。《中国文化知识读本:古代数学与算学》生动的介绍了古代数学发展、古代算术名家、古代算书、古代记数制度和计算工具等内容。
  • 金字塔未解之谜(世界未解之谜精编)

    金字塔未解之谜(世界未解之谜精编)

    本书是《世界未解之谜精编》系列之一,该系列精心收集了众多千奇百怪、扑朔迷离的世界未解之谜,内容涉及宇宙、生物、地理、飞碟、人体、恐龙、宝藏、百慕大、历史、金字塔、文化等多个领域,书中令人耳目一新和不可思议的未解之谜,给予了人类新的思索。人类究竟创造了多少奇迹,又留下了多少谜团,有待我们进一步探索和研究……我们深信,通过不断的努力,未知一定会变为已知。让无数探寻声化做利刃,刺破一桩桩人类千年未解之谜。
  • 破解科学的谜团(走进科学丛书)

    破解科学的谜团(走进科学丛书)

    千年的狂欢不会让人忘掉一切,纪元的更迭也无法带走一切疑问。在新的世纪里,仍然有许多长期困惑着我们的问题在心头萦绕。20世纪末,科学家们对哈勃太空望远镜观测到的一些现象进行分析后发现,宇宙大爆炸理论出现了矛盾,宇宙可能并非由大爆炸而开始的。
  • 医疗革命(青少年科谱知识丛书)

    医疗革命(青少年科谱知识丛书)

    科学是人类进步的第一推动力,而科学知识的普及则是实现这一推动的必由之路。在新的时代,社会的进步、科技的发展、人们生活水平的不断提高,为我们青少年的科普教育提供了新的契机。抓住这个契机,大力普及科学知识,传播科学精神,提高青少年的科学素质,是我们全社会的重要课题。为此,我们特别编辑了这套“青少年科普知识”丛书,主要精选现代前沿科技的各个项目或领域,介绍其研究过程、科学原理、发展方向和应用前景等,使青少年站在当今科技的新起点寻找未来科学技术的契入点和突破口,不断追求新兴的未来科学技术。
热门推荐
  • 三神记

    三神记

    “什么是魔?”“魔就是人心!”“那什么是神?”“神也是人心!”“那神魔有什么区别?”“神魔并没有区别,有区别的是人心!”
  • 小寒终暖

    小寒终暖

    唐染兮:欺负我,欺负我,除了欺负我还是欺负我!竟然对我说喜欢,那得用多大倍数的显微镜才能看到你爱我的心,麻烦你对我爱得明显点,好吗?易栎轩嘴角含笑不怀好意地看着她粉嫩的红唇,“还要再明显点吗?”“哈。哈。当我没说。”易栎轩:生活不知道哪一天就会进入寒冬腊月,有时悲剧离我们并不远。我不祈求一生顺遂,我只是想能和你好好爱一场。人生终究不会圆满,可我不希望,你是我生命里的那个遗憾。
  • 星语魔法学院

    星语魔法学院

    苏莫是星语学院的一名高级学生,和校草兄弟是死对头,祖上是第一魔女“莉莉丝”,红水灭世,救世主出事,被封印在黄金棺,神龙暴走......世界一片混乱。还是迟了一步......我亲眼看见所有人被冥河带走,学院最后的希望和瑰宝——月族双子也不知所踪。好纠结,好难过,我到底该怎么办,成为下一任救世主?
  • 战争的曙光

    战争的曙光

    悲催的高中生王毅在经过数次雷劈之后,终于启动了他真正的霸业。请看王毅如何本着不坑爹不骂娘不刨祖坟不歧视的友好姿态面对这个崭新的世界。
  • 我的微信好友在异界

    我的微信好友在异界

    林风的微信上有不少好友,没想到有个微信好友竟然穿越了。更没有想到的是,多了几个奇怪的好友,有人号称‘武灵’,有人号称‘某某修真门派大弟子’。qq群.
  • 桑华

    桑华

    桑华重生,后宫拼斗,阴谋百生,叱咤江湖,成就独尊,最后与他共坐天下。
  • 剑缘武传奇

    剑缘武传奇

    一个人又如何,走火入魔又如何,杀人又如何!我一个人游走世界,像杀就杀,剑在我手,有谁能阻挡!一个人,一把剑,一个世界,孤独终老.......
  • 我的世界之超级侦探社

    我的世界之超级侦探社

    4位方块少女的侦探爆笑冒险之路,可爱的甜心,爱吐槽的青柠,书呆子幽霜,文静的紫铃,会擦出怎样的火花呢?
  • 三界不语

    三界不语

    有一个小孩被天所弃,有一个小孩为天所佑。他是逆来顺受,还是应该不甘平庸?被天所弃的他,只想有一条属于自己的路。这一路上他看到了那个人间世中,可以提笔又可以提剑的书生、背着断剑的仙人、手中无剑却被称为剑仙的刀疤年轻人……这个人世间里,他也渐渐拥有越来越多的牵挂。嘘,道不同,不相为谋。我为人世间代言。三界不语,却書寫一篇风云、满纸浩荡!
  • 冷宫晚妃

    冷宫晚妃

    后宫的晚妃,将军府的千金,郑晚儿!对不起,我不是她!你们认错人了!皇上,请自重,我不是你的妃子!不要以为你是皇上任何女子都会为你疯狂,不要以为你是皇上吃我豆腐是应该的!不要以为你长得帅就到处迷人!我不吃你那一套!赶紧收起来,否则,我就鄙视你到底!