学者新论：纳米科技可能是未来决定大国战略地位的重要标准

　　鲍东海

　　纳米科技(Nano Technology)是继计算机、基因技术之后世界强国追逐的又一大科技热点。纳米(Nano)是一个长度计量单位，一纳米相当于十亿分之一米。纳米科技主要是指通过 操纵单个原子、分子来构建纳米级的材料、超微型的功能器件甚至超微型机器或者机器人。近几年来美、日、欧盟都开始对纳米科技增加投资，制定纳米科技战略并予以优先研究开发。纳米科技正逐渐成为世界强国争夺科技制高点的又一个新战场。

　　纳米科技的魅力主要在于它几乎可以将人类目前所有的高科技重新定义。随着纳米科技的逐渐起步，很多在科幻小说中形容的外星人高科技对地球人来说也开始变得极为可能。

　　比如说正在设想中的有超级飞行器纳米飞机，纳米飞机的表层安装数亿个与空气分子接触的微型机器装置，这些微型装置不断与空气分子摩擦而产生升力，众所周知飞机飞行的原理是与空气高速摩擦而获得向上的升力而来的，而纳米飞机通过机身表面的微型分子机器主动摩擦空气分子则可以在机身的各个方向获得反作用力。这样一来纳米飞机可以实现在超音速的情况下在空中急停或者做90度转弯等现代飞机无法想象的功能。这些功能正是UFO飞行特征，假如说外星人真的驾驶UFO频繁访问地球的话，他们很有可能是通过纳米科技来实现这些飞行特技的。

　　还有经常主导科幻小说及科幻电影主题的隐身人也不再是荒唐的幻想。纳米隐身服可以通过表层类似晶体的微分子装置对周围环境的色谱进行扫描并复制，复制后再通过隐身服表面分子向外部反射来达到一种虚拟的透明进而欺骗肉眼。

　　纳米科技对医疗的影响也将是非常深远的。其中纳米微型内窥镜技术将是医疗商业技术竞争的焦点。目前的内窥技术为两类，一是直径为1到2厘米的电视内窥装置，此技术能探测的仅仅是消化道系统并且造成很大疼痛。二是比较先进的电磁共振扫描，此技术只能够提供人体断层扫描并且图像精确度有限。而纳米微型内窥技术的开发及应用将使目前的内窥技术成为古老的历史。简单的纳米微型内窥镜技术可以制造直径在一毫米以下能够到达体内深处的微型摄像头，它能够毫无疼痛地被投放到胃肠道内进行摄像并储存录制拍摄结果，微型摄像头可随后随人体排泄物一同排出，医疗人员在回收微型摄像头后便可通过观察录象结果来分析病情。而高级的纳米内窥技术则可以对人的眼球的视网膜感光细胞分子结构进行采样从而构建相当于血液红细胞十分之一大小的(略小于千分之一微米)微型纳米感光机器人。微型纳米感光机器人可以自由在人体血液或体液内流动，它的感光头则可以通过外部遥控来调整方向，单个纳米感光机器人每次只能接收并处理一个光子信息，但是如果几百万个纳米感光机器人聚在一起便可形成一个十分之一立方微米的微型眼球，纳米感光机器人将感光信号通过微波发送到人体外的高速计算机内，在对几百万个光信号经过图像信号组合后便可以形成高清晰度图像。由于纳米感光机器人非常微小，几百万个纳米感光机器人可以通过针管一次注射入体内，而排出则可利用人体的体液排泄功能来完成，对人体毫无疼痛与侵犯。在高速计算机的控制下，纳米感光机器人们可以采用蜜蜂群式的移动办法，在遇到大细胞或体内组织膜阻碍时可以分散开来，在绕过障碍后重新组合，因此由感光机器人组成的微型眼球几乎可以到达人体内任何一个微观部位。届时医生们除了可以随时轻松观测心脏病人的心肌阀门的开关情况的高清晰度图像，人体内的许多微观物理结构如肺泡内的血红细胞氧化过程，肌肉收缩过程中肌肉蛋白链的相互拉动，癌细胞的分裂及对人体的侵袭等都将第一次暴露在人类的肉眼下。人类对自身的进一步了解将由于纳米科技的突破性进展有一个难以置信的飞跃。

　　美国参议院于今年6月19日顺利通过了“21世纪纳米科技研究发展法案”，此法案的主要目标是：1.提供有组织的有结构的全面的统一的纳米科技研究环境2.保证美国在纳米科技上的领先和商业利益3.通过政府、大学和企业为纳米科技提供大量研究资金。此法案将为美国的纳米科技研究三年内提供大约二十三点六亿美元的科研经费。早在2001年10月4日美国陆军科研办公室向全国大学发布了计划组建纳米军事技术研究所的计划。麻省理工学院于2002年3月中标并且建立了世界首家纳米军事技术研究所，首期获得五千万美元的资助。该所的主要目标是研究纳米隐身服及防弹军服及士兵附属装备。美军立志要打造新一代的能够隐身且刀枪不入的纳米战士，以在未来的战场上占据主动地位。日本和德国很早就开始了对纳米科技的投资和研发，继美国立法之后德日两国也开始了对纳米科技注入新一轮的大量投资。

　　值得指出的是，如果要开发纳米隐身服、纳米飞机、微型感光机器人等高级纳米装置，将离不开一个高速的超级计算平台。纳米飞机或纳米隐身服需要上亿个微型纳米装置，虽然在机械电子结构上纳米装置不过是目前大型机械电子结构的超微型复制，但是由于纳米装置数量非常大，传统的机电控制结构和控制理论将毫无作用，对数亿个微型装置进行同步协调和控制只能够通过计算机模拟平台来实现。此平台对运算速度要求极高，而光有高计算速度还不能够解决对纳米飞机的上亿个微型空气反作用力装置的协调问题，目前人类科学对处理如此大量装置的逻辑控制还是毫无理论，对微型纳米装置进行同步的有逻辑的协调，是一个计算速度和计算模式的双重难题。目前美日两国在开发廉价高速的网格计算(Grid Computing)和平行计算(Parallel Computing)模式来应付基因科技和纳米科技的高速逻辑运算需要上取得重大进展。美日近来对纳米医学器械及纳米隐身服的兴趣和对纳米科技的好胃口与他们目前在高速计算能力上遥遥领先的事实不无关系。

　　目前纳米科技在世界范围的应用主要是比较简单的纳米材料。已经成型的产品包括自我清洁的纳米玻璃或纳米服装及性能更加优越的纳米电子电磁复合材料等等。美日在纳米隐身服及纳米医疗器械上的投资与科研目前还属于理论试验状态，能否有突破性进展还要依赖于分子结构、微电子材料、纳米装置控制理论及高速计算等多方面的研究发展。虽然理论上已经成为可能，纳米隐身服、纳米飞机真正研制成功可能需要至少几十年甚至上百年的时间；但是有朝一日一但取得突破性进展，控制纳米技术的国家对几乎科技的各个领域将实现压倒性垄断，这将是类似于飞机大炮与大刀长矛的区别。笔者认为纳米科技很有可能是决定未来大国战略领先地位的一个重要因素。