納米老鼠“提修斯”

歷史上人類早就試圖讓機器擁有和人一樣的感覺能力。美國“信息論之父”香農(nóng)，1950年制造了一只機器老鼠，取名為“提修斯”。它借助地板上的許多磁鐵和電路，能夠從迷宮中探路而走，以最短路線通過迷宮。也是在1950年，英國神經(jīng)學家沃爾特制造出很有名氣的機器烏龜，它是能夠自動行走的機器玩具。它身上有一個光電管作眼睛，光電管是一種受到光照射即可產(chǎn)生電信號的元件。它身上還有兩個電動機，機器烏龜就靠電動機驅(qū)動輪子移動。在有電時，它可以前后爬行，還可以轉(zhuǎn)圈，也能避開光源。如果電用完了，它能向著有光的地方爬去進行充電，充完電后再退回來。

1977年，美國電氣與電子工程師協(xié)會舉辦了機器小老鼠走迷宮競賽。迷宮由許多圍墻構(gòu)成走道，有不少死胡同。小孝鼠從進口向里走，開始找路。它身上帶有傳感器，能感覺出是否碰上圍墻。它是由電動機驅(qū)動身子下的輪子進行移動的，它身上有微電腦，由電腦計算出最短的路徑。電動機和傳感器向電腦提供行走了多少路程，電腦根據(jù)這些數(shù)據(jù)和程序產(chǎn)生控制信號，控制輪子前進和轉(zhuǎn)彎，使小老鼠以最快速度走到終點。這一例子，說明了機器人正在不斷向智能化發(fā)展，微型機器也是這樣?？茖W家設計了一種由納米電子材料制成的微型商務智能機器只有一張名片大小。

要想讓納米機器人擁有各種各樣的能力，就要給它們裝上各種器官，科學家研究出了納米耳、納米鼻等，將來把它們裝在納米機器人上，那么這些機器人可能真的就成了“超級小人”了。

下面就讓我們看看這些微小的感官是什么樣的:

納米耳

你的聽力足夠靈敏嗎?任何細小的聲音都逃不過你的耳朵?這是做不到的。然而科學家們正在研制一種人工耳:納米耳，它的敏銳度甚至能夠把細胞所發(fā)出的噪聲分辨出來。

這并非癡人說夢。美國航空航天噴氣推進實驗室的諾卡教授用模仿人耳的方法來制造納米耳。在入耳中，耳鼓所接受的聲音經(jīng)過三塊骨頭傳到耳蝸，耳蝸內(nèi)部有一排排毛細胞，細胞上部是一簇簇細絲，稱為靜纖毛。聲音振動使耳蝸中的液體活動，使這些靜纖毛飄蕩;每次靜纖毛晃動，都觸發(fā)被大腦理解為聲音的脈沖。諾卡教授和他的同事發(fā)現(xiàn):碳納米管十分適于做人造靜纖毛，而且比鉆石還耐用。另一位教授發(fā)明了像草皮種植場種草那樣種植碳納米管的方法，使它大量被制造，用于生長納米耳。

實驗已證明，這種納米耳靈敏度大大超過人耳纖毛的潛力。耳朵里的纖毛直徑為100納米左右，長度是一兩個微米，而現(xiàn)在制造的納米耳直徑只有幾納米，長度卻有60微米，真可謂是又細又長。這樣就使得這種納米耳的靈敏度增高許多。也許有一天，這種人工耳可置于人體血液循環(huán)中，作為流動的納米聽診器，專門監(jiān)聽細胞功能失調(diào)，甚至可以聽到癌細胞所發(fā)出的清晰聲音。這種納米耳完全生產(chǎn)并投入使用大概還需要一段時間。

納米鼻

美國斯坦福大學的研究人員發(fā)現(xiàn)，用納米碳管制成納米鼻，可以用來探測有毒的二氧化氮和氨氣?？茖W家希望這一發(fā)現(xiàn)將引出新一代的環(huán)境探測器，并在環(huán)保領域大顯神威。二氧化氮和氨氣會導致溫室效應和酸雨，因此它們在大氣中的含量必須被實時監(jiān)測。工程師們還需要準確探測這些氣體在某些地方的濃度，例如測量燃煤工廠中這兩種氣體的濃度可以檢測除污系統(tǒng)的有效性。但是，現(xiàn)有的探測技術(shù)成本高，不便移動作業(yè)，且所需溫度高。用納米碳管制成的探測器就可以解決這些問題。

研究人員發(fā)現(xiàn)，當碳納米管暴露于二氧化氮中時，通過它們的電流增大;當暴露于氨氣中時，電流減小。盡管現(xiàn)在還不能確定是什么原因?qū)е铝穗娏鞯淖兓环N解釋是氣體分子釋放或吸收電子，從而使納米管的電阻發(fā)生改變，但這不妨礙人們對這種變化的應用。納米鼻探測器由兩端聯(lián)接著金屬導線的碳納米管組成，與現(xiàn)有探測器不同的是，它可以在室溫下工作，造價低廉，并且體積微小，只有3微米長。在用微芯片進行化學分析的“芯片實驗室”中可以找到用武之地。一般來說氨氣很難探測，而且氨氣污染越來越嚴重，有了這種探測器就太方便了。一位環(huán)保工程師也認為，對二氧化氮進行監(jiān)測很有價值，但是在原來的技術(shù)條件下難以進行，而“新的納米鼻探測器有用極了”。目前，研究人員正在尋求商業(yè)合作伙伴對它進行開發(fā)。但是，這種探測器還有一些缺陷需加以改進，如:恢復時間慢，它測定一個氣體樣本后需等12小時才能再次使用;另外，還可根據(jù)用戶需要改造這種探測器，使它具備更多的功能。例如，科研人員已在用它探測一氧化氮方面取得了一些進展。

納米溫度計

測量比針尖還細小很多的物體的溫度并不容易，最近日本科學家利用納米碳管研制出一種微型溫度計，它可以測量50～500℃之間的溫度，預計在微觀環(huán)境中將有廣泛的應用。

日本物質(zhì)材料研究機構(gòu)的科學家在最新一期的英國《自然》雜志上報告說，他們在直徑為75納米的納米碳管里充人金屬鎵液體，對它加熱，然后冷卻。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在50～500℃之間，納米碳管中鎵液柱的高度隨溫度呈均勻變化，就像普通溫度計里的酒精或水銀液柱的高度變化一樣，液柱最長可以達到10微米。

金屬鎵的熔點為29.78℃，沸點為2403℃，用液體鎵作為測溫液體，可以測量的范圍很大。此外，用于制造納米碳管的材料是石墨，它在50～500℃之間體積隨溫度的變化極小，因此納米碳管本身的直徑和長度變化可以忽略不計，測量精確度較高。

測量溫度是科研和工業(yè)生產(chǎn)等領域的基礎工作之一。目.前，包括晶體管等在內(nèi)的很多器件尺寸越來越小，這對在微觀環(huán)境中測量溫度提出了新要求。日本科學家的這一成果有望為滿足這一要求提供新手段。另外，這一成果本身也是在納米技術(shù)領域的有益嘗試。

將來把這些傳感器裝到納米機器人身上，他們就能聽、能聞還可以感知冷熱，這樣以后甚至可以創(chuàng)造出智能型的納米機器人。