纳米科技：创造神奇的未来

 纳米科技是在20世纪80年代末、90年代初才逐步发展起来的前沿、交叉性新兴学科，它的迅猛发展将在21世纪促使几乎所有工业领域产生一场革命性的变化。目前所有发达国家的政府和企业都在对纳米科技的研发进行大量的投入，试图抢占这一21世纪的科技战略制高点。关注纳米科技的发展，尽快组织和部署我国纳米科技的发展规划，对于我国新世纪的发展影响深远。
    纳米硬件的出现
    不久以前，美国迈特技术公司纳米技术权威詹姆斯•埃伦博根教授作出惊人的预测：不久的将来（也许是几年），任何人不仅可以从互联网上下载软件，而且也可以下载硬件。这家由五角大楼资助、重点研究毫微技术的研究中心，正在为美国军方研制21世纪的新型武器装备，包括微型军用机器人。埃伦博根的解释是，当今人们从网上下载的软件，是以改变分子团磁性特征的方式重新安排磁盘的物质结构，以此获得网上的软件或其它信息。因此，只要将硬件的构造设计得比分子团的体积还要小，就可以如同转移软件一样，将其它地方的硬件拿过来为已用，包括从网上下载一台设备。当然，这种硬件是肉眼看不见的“纳米硬件”，它的体积比现今用于磁盘驱动器上记录信息的有形结构要小得多。
    尽管有关纳米技术的想法听起来很荒唐，但它确实属于主流科学，遍布全球的实验室都在设法使其发挥作用。2000年12月，美国前总统克林顿宣布要实施“全国纳米技术计划”，并承诺为该计划拨款5亿美元。
    “纳米机器人”
    科学家指出，人们似乎应该想到这一点：一旦电脑达到能与人的智力相抗衡的水平，它必将超过人脑。可以这样认为：机器的优势，在于它们能轻易地分享知识。人的知识、技能和记忆的保存在大脑中的，通常很难迅速取得或传送。但是，当一台电脑获得一项技能或者具备相当的悟性时，其他数十亿台电脑也将同步达到相同的智力水平。
    科学家预计，到21世纪30年代，人类将能够破解大脑的构造和功能，同时也将能够在相当先进的神经计算机中再造这些设计。到那个时候，计算机不仅大超过人脑的计算能力，人类的复杂而丰富的技能，以及超过人类的速度、精确性和知识分享能力。
    不久的将来，“纳米机器人”技术将提供身临其境而令人信服的虚拟现实。将“纳米机器人”放在连接来自所有感觉器官（即眼睛、耳朵、皮肤）的每一个神经元间连接的位置，它就能够抑制所有来自真实感官的信息，并以虚拟环境的适当信号来替代它们。科学家预计，利用上述技术，人类将进入一个虚拟现实环境。植入人体的“纳米机器人”将产生替代真实感觉的感官信息流，于是创造出一个身临其境的虚拟环境。
    这一技术的应用，将使我们能够与其他人（或者模拟的人）一起进行虚拟现实的体验，而无须在人脑中事先置入任何设备。不仅如此，这种虚拟现实将与现实一样真实而精细。你无须给朋友打电话，就能与之相聚在巴黎的咖啡馆，或者一同漫步在虚拟的地中海海滩，或在网络上获得新知识。如果“纳米机器人”技术得以普及，大脑移植芯片将大大地扩展我们的记忆，从而大大改善人类所有的感官、模式识别以及认知能力。
雄心勃勃的计划
    事实上，纳米技术有着纯正而长久的科学渊源。早在1959年，被认为是爱因斯坦之后最伟大的理论物理学家理查德•费因曼曾发表了一篇题为《底部有很大空间》的谈话。在谈话中，他提到也许有一天，人们会造出仅几千个原子组成有微型机器。这样的一台机器有什么好处呢？它可以使用分子甚至是单个原子作为基本构件，构筑规模最小的建设工程。这就意味着人类可以从零开始制造几乎任何东西——因为化学和生物学说到底就是分子的改变和重排，而制造只不过是聚集大量分子并使它们组成有用物品的过程。
      埃伦博根教授预计，再过10年—15年，人类将掌握制造如同盐粒般大小的“纳米电脑”的技术。这种电脑可以吞入肚中，用以执行医学上的某些任务，例如诊断疾病和确定手术的部位，有关信息通过传感器送至体外。这种极微电脑还将作为商品的附属装置而被大量应用。例如，嵌在衣服上的这种电脑将告诉洗衣机应当用哪种洗涤剂和多高的水温，嵌在眼镜上的这种电脑会告诉主人该休息一会或应该做眼保健操上。毫微技术将在促进人类健康上发挥难以替代的作用。在日本、美国、德国和英国，科学家们正在利用毫微技术加工中药材，使药材成为超细粉末，使人体能轻易吸收。这位专家甚至预测，利用毫微技术，人类将制造出大量改造垃圾的微型机器人。它们在垃圾堆里爬来爬去，其任务是将垃圾分解成原子，再使垃圾复原成有用的东西。
    实际上，每个细胞都是活生生的纳米机器的例子。它们不仅可以将食物转变成能量，还能根据其DNA上的信息制造并输出蛋白质和酶。通过将不同物种的DNA重新组合，基因工程师已经学会了如何制造新的纳米装置。
    十到十五年后商业化
    在纳米技术领域，科学家对其预见能够达到多远？美国半导体工业协会不久前草拟了一个处理器、传感器和传输设备的开发路线图，但是这个路线图只延伸到了2010年，并且只达到了大小为100纳米的结构。该协会预计，纳米技术还要再过10到15年才能成熟，届时的市场总规模可超过1000亿美元。
    美国半导体工业协会认为，这场信息技术硬件的革命，可以与30年前用微电子设备取代晶体管而引发的那场革命相提并论。科学家预计，未来出现的微型晶体管和存储器芯片，将使计算机的速度和效率提高数百万倍，存储容量达到数万亿比特，并使能耗降低到现在的几十万分之一，通信宽带可能会增大好几百倍，可折叠的显示器将比目前的显示器明亮10倍。另外一个重要意义是，基于纳米技术，生物的和非生物的部件将可能结合成交互作用的传感器和处理器。
    固然，目前纳米元件制造厂的成本不会低。一家生产70纳米微电子器件的工厂估计要花100亿美元才能建成。美国国家纳米技术中心希望，能够在5年内，以每年300万美元的资金资助10个纳米科学和技术中心以及科研网络。科学家和经济学家们都深信不疑，投资于纳米技术将是一本万利的事。
    孕育新的技术革命
    科学家认为，本世纪的技术革新，在很大程度上是依据于弄清更加微观的现象和据此发展而来的。但是，基于宏观世界的这种传统的技术开发，在很多领域都将迎来极限。
    在半导体世界，基于传统原理的元件，到了50纳米就将达到极限。在被认为是解决环境能源问题王牌手段的光触媒技术，为了摒弃原有的能源转换系统，必须使其效率大大提高。如果没有与传统技术根本不同的新发现，就无法登上新的台阶。
    如上所述，纳米技术就是发现量子效应（在微观世界中，物质作为波来运动的特性）的人工的独特的结构技术。也就是说，它在本质上从一开始就是以量子为前提的。虽然21世纪被称为“光的时代”、“高度信息化时代”和“生物工程时代”等，但是无论哪一个“时代”，它的技术的关键都是量子效应。因此，纳米技术有可能引起计算机革命、光革命乃至生物工程革命。正因为如此，美国的国家纳米技术战略才得以涵盖众多领域。
    毫无疑问，纳米技术在21世纪是一项关键技术，它将给众多领域带来新的重大成就。现在，世界各国间新的竞争已经揭开序幕。踌躇满志的美国正从多方面进行基础研究，力图在纳米技术领域霸居主导地位。欧盟的战略则是着眼于应用，力争实现材料与生物工程的结合，开辟新的市场。日本正在加大马力，实施以纳米技术为突破口的产业转移。
    有识之士相信，要不了多久，纳米技术开发将成仅次于集成电路制造的世界第二大新兴产业，而争夺该产业的潜在大市场将成为各国在知识经济时代展开高科技角逐的重头戏。