作者：沃倫·米勒，特約作家

納米機器是通過一次組裝一個原子制造的超微型機械裝置。這些機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器或自我復制——可能性令人難以置信。然而，直到最近，納米機器還只能在微觀層面上運行。現在研究人員已經開發出一種方法，可以讓它們產生我們可以用肉眼看到的結果。

納米機器對其他微小的分子物體進行操作，并且可以使用強大的顯微鏡觀察它們的活動。然而，讓納米機器在人類尺度上做一些人們實際上可以直接看到的事情是不可能的。那是因為納米機器很難以允許有組織的努力的方式排列。這些設備在正常狀態下隨機排列，相互對抗——有點像船上的一群劃船者，他們都在向不同的方向拉動。不用說，這使您很難到達目的地。

現在，達特茅斯學院的研究人員已經找到了一種方法來克服納米機器應用中的這一限制。通過使用創新的 3D 打印技術，他們能夠組織納米級設備協同工作，以實現人類規模的結果。3D 打印方法允許納米器件通過打印過程對齊。納米器件可設置為同向排列；這允許大量設備之間的合作，當你讓足夠多的納米設備一起工作時，你可以在宏觀尺度上看到結果。

研究人員通過 3D 打印由納米器件制成的特殊凝膠展示了宏觀規模的操作。納米器件具有特殊的分子結構，在分子尺度上由軸上的環組成。環可以沿著軸移動，并通過這樣做來改變它們的形狀以存儲或釋放能量。機械聯鎖的分子（或稱 MIM）以前曾在分子水平上用作微觀泵和開關，但正常的隨機方向使它們無法在產生宏觀水平工作所需的規模上進行合作。

這種特殊凝膠中的納米器件可以通過首先添加二甲基硫醚 (DMSO) 溶劑來儲存能量來激活；然后加入水以釋放儲存的能量。納米分子通過膨脹做出反應，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，螞蟻需要更長的時間來完善他們的舉重技能。）隨著時間的推移，我確信納米設備將進化到能夠成功地與螞蟻甚至人類進行手臂摔跤。

圖片來源： 達特茅斯學院。

這項研究在宏觀層面開辟了廣泛的可能應用，機器人技術對我來說是最有趣的。這些類型的納米機器可以用來制造四肢、手和腳的等價物嗎？還是將宏觀層面的運動更好地實現為一個鉸接的球體，或者用數百萬個像根一樣的小腿？我們是否能夠看到機器人如何移動或抓握東西，或者它看起來像一團超細電線一起移動？也許納米設備甚至會快速適應環境，選擇最適合情況的移動方式。門現在是敞開的，無論從門里進來的什么東西都可能會讓你大吃一驚。

審核編輯 黃昊宇