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神通广大的“实用雾”
“他想他看到了一头大象正在吹笛,可是等一眨眼工夫,他发现那不过是妻子写来的一封信……他想他看到了一头野牛栖息在烟囱上,可是等他定睛再看,发现那是他姐姐的丈夫的舅舅的哥哥的爷爷的侄女……”这是英国小说家、《爱丽丝漫游奇境》的作者利维斯·卡罗尔在另一本书上描写的有趣情景。像这样变幻莫测的仙境在童话和传说故事中俯拾皆是。小时候看这些书,我们幼小的心灵总是毫不犹豫地把这些事当真,直到稍微大点才明白这些都是人编造出来的。不过话又说回来,随着科学技术的发展,这种梦幻般的仙境也许有一天真的能变成现实也未可知。这不,美国计算机科学家约翰·霍尔就提出了一个用纳米技术来实现它的构想。
霍尔为自己构想的创造物取名为“实用雾”。说实话,这个名称比起它可以实现的功能来真是太缺乏想象力了。“实用雾”由一大群能自我复制的智能型纳米机器人组成。这些纳米机器人身上有12只手臂,还有接收天线,因此可以通过无线电遥控。它们平时漂浮在空中,或者附在地板上,你的肉眼是觉察不到的。当你需要什么的时候,你只要往电脑上输入命令,电脑向空中发出无线电波,接到命令后这些纳米机器人立刻聚拢来变出你想要的东西。“我要一座城堡!”于是,你眼前就出现了一座魔幻城堡。“我要一头正在吹牛的牛!”于是,你眼前立马出现两头牛,其中一头正往另一头的肚子里吹气(当然这是因为你的命令下得不够准确,让纳米机器人误解了你的原意所致)。
我们知道,颜色和反光度是由一个物体的物理性质所决定的,这些纳米机器人是如此之微小,以至于可以通过程序控制来细腻地模拟任何宏观物体的大多数物理性质(包括空气和水),几乎精确到人的感觉无法分辨真假的地步。
生活中的好伙伴
你可以让你的房间里充满这种纳米雾,用来装饰房间。你不必粉刷墙壁,只需让墙壁罩上一层“实用雾”,它就能每天变化出不同的颜色来,甚至你可以把它用作从地板到天花板的电视屏幕。你的地板永远不会弄脏,看起来像硬木做的,但感觉又像泡沫塑料。并且你不需要摆设家具,因为“实用雾”能随时变幻出你想要的任何一种家具来。实际上,你的整个室内环境都可以用“实用雾”来建造。除了食物,它能形成任何你想要的东西,并且任何时候你不需要它们了,挥挥手,这些微型纳米机器人就会作鸟兽散,重新变作地板的一部分。
你想在你家里招待朋友,而又不想劳驾他亲自跑一趟吗?呵呵,这种神通广大的“实用雾”也一样能替你办到。你们俩可以把自己房子内的环境设计成同种样式,然后“实用雾”就在你家里根据你的命令复制出你的朋友来,而与此同时,你的复制品则到了他家里。
然后,你周围的“实用雾”能感知你的动作,并把这些信息通过无线电及时传到你的复制品那里,指挥在你朋友家中作客的“你”,这样“他”就能复制你的—举一动,在你朋友看来,那完全是个真实的你。同样道理,在你家作客的“你的朋友”与真人也几乎别无二致,只要你俩别打起架来。假如你真把“你的朋友”当作真人并打起来,那你可就倒大霉了。因为“你的朋友”是由纳米材料做成的,是那么坚实,你只有挨揍的份。不过,在你朋友家里,恰恰是“你”把他打趴下了,所以一切扯平。最后两人都头破血流,唯有这种鬼怪似的纳米雾打着唿哨扬长而去。
你也可以用“实用雾”来做你的汽车,这样你可以天天换花样,每天都拥有一辆“新车”。但比这还好的是,汽车的内部正像它的外壳一样,里面也充满了纳米小机器人,但你要戴上一种特殊的全息眼罩才能看到它们。尽管比空气重,“实用雾”却被电脑程序控制来模拟空气的物理性质,这样你就感觉不到它。但是如果突然发生一场撞车,它又会即刻形成一条临时的“安全带”保护你的每一寸身体。即使发生了时速160千米/小时的撞车事故,你也不会因此掉一根头发。
不过,你是永远不会发生时速160千米/小时的撞车事故的。记住,每一个纳米机器人都带有一个微型计算机,这样它们就能够以老练的方式相互交流,协调行动。你只要简单地在你的道路前方铺上一层厚厚的纳米机器人。然后你的汽车向它们不停地询问前面的路况,这样你就可以避免撞车了。
你也许禁不住要问,哪来那么多纳米机器人呢?答曰:这些纳米机器人能够自我复制。因此,未来的公路上它们会像柏油和水泥一样普通和廉价。
如何制造“实用雾”?
前面的一通描述我想一定已经吊起了你的胃口。你肯定已经忍不住要问:这种技术为何能这么神通广大,上面的描述包含有多少真实的成分?霍尔教授在一篇文章中已经对这种纳米机器人做了许多技术细节上的描述。
霍尔把这样一个纳米机器人叫做“小雾滴”。每个小雾滴都只有一个人体细胞大小,从它身上伸出12只手臂,形成十二面体。雾滴的中心几近于球体,直径10个微米。这些手臂直径5微米,长50微米。整个雾滴近似于直径100微米的球体。每个
雾滴重20微克,包含5×1015个原子。它的机械动作精度可达1个微米。
这些手臂可以伸缩、旋转,尾端附有钳子。钳子上有三个手指。两个小雾滴可以通过手指抓在一起。当很多小雾滴连接在一起时,就形成像晶体一样坚实的网格状。但这网格又有很好的伸缩性,每个小雾滴能够在任何方向收缩40%的长度,网格所占体积可以缩小为原先的万分之一。这种良好的伸缩性就是纳米雾滴模拟能力非常强的原因之一。
通过这样一种设计,指挥人员能向1立方微米的空间每秒发布100亿条指令,每立方微米的“实用雾”其电动马达的能量消耗不到1微瓦。
当然,“实用雾”尽管神通广大,但也不是万能的。它能精确地模拟人的视觉、听觉甚至触觉环境,但却无法模拟人的味觉和嗅觉环境。由“实用雾”变出来的“烤鸭”也许看起来十分诱人,但假如你忍不住去咬一口,这下你可就惨了!这是能够理解的,由这样一些硬梆梆的铁家伙组成的“烤鸭”,你当然无法闻出和咀嚼出肉味来。它只是娱人耳目、引你上当而已,在这种情况下,宁可相信你的鼻子,也不要相信你的眼睛。
目前的纳米技术要制造出这样一个小机器人是不成问题的,但要制造出成千上万个就比较困难了。而假如没有成千上万个小雾滴联合行动,“实用雾”就失去了它的作用。所以科学家们正在寻求制造出能够像细菌和病毒一样自我复制的纳米机器人。这在理论上是没问题的,但在技术上还困难重重。只要克服了这一点,那么童话中的梦幻仙境就离我们不再遥远了。
(选自《科学之谜》)
“他想他看到了一头大象正在吹笛,可是等一眨眼工夫,他发现那不过是妻子写来的一封信……他想他看到了一头野牛栖息在烟囱上,可是等他定睛再看,发现那是他姐姐的丈夫的舅舅的哥哥的爷爷的侄女……”这是英国小说家、《爱丽丝漫游奇境》的作者利维斯·卡罗尔在另一本书上描写的有趣情景。像这样变幻莫测的仙境在童话和传说故事中俯拾皆是。小时候看这些书,我们幼小的心灵总是毫不犹豫地把这些事当真,直到稍微大点才明白这些都是人编造出来的。不过话又说回来,随着科学技术的发展,这种梦幻般的仙境也许有一天真的能变成现实也未可知。这不,美国计算机科学家约翰·霍尔就提出了一个用纳米技术来实现它的构想。
霍尔为自己构想的创造物取名为“实用雾”。说实话,这个名称比起它可以实现的功能来真是太缺乏想象力了。“实用雾”由一大群能自我复制的智能型纳米机器人组成。这些纳米机器人身上有12只手臂,还有接收天线,因此可以通过无线电遥控。它们平时漂浮在空中,或者附在地板上,你的肉眼是觉察不到的。当你需要什么的时候,你只要往电脑上输入命令,电脑向空中发出无线电波,接到命令后这些纳米机器人立刻聚拢来变出你想要的东西。“我要一座城堡!”于是,你眼前就出现了一座魔幻城堡。“我要一头正在吹牛的牛!”于是,你眼前立马出现两头牛,其中一头正往另一头的肚子里吹气(当然这是因为你的命令下得不够准确,让纳米机器人误解了你的原意所致)。
我们知道,颜色和反光度是由一个物体的物理性质所决定的,这些纳米机器人是如此之微小,以至于可以通过程序控制来细腻地模拟任何宏观物体的大多数物理性质(包括空气和水),几乎精确到人的感觉无法分辨真假的地步。
生活中的好伙伴
你可以让你的房间里充满这种纳米雾,用来装饰房间。你不必粉刷墙壁,只需让墙壁罩上一层“实用雾”,它就能每天变化出不同的颜色来,甚至你可以把它用作从地板到天花板的电视屏幕。你的地板永远不会弄脏,看起来像硬木做的,但感觉又像泡沫塑料。并且你不需要摆设家具,因为“实用雾”能随时变幻出你想要的任何一种家具来。实际上,你的整个室内环境都可以用“实用雾”来建造。除了食物,它能形成任何你想要的东西,并且任何时候你不需要它们了,挥挥手,这些微型纳米机器人就会作鸟兽散,重新变作地板的一部分。
你想在你家里招待朋友,而又不想劳驾他亲自跑一趟吗?呵呵,这种神通广大的“实用雾”也一样能替你办到。你们俩可以把自己房子内的环境设计成同种样式,然后“实用雾”就在你家里根据你的命令复制出你的朋友来,而与此同时,你的复制品则到了他家里。
然后,你周围的“实用雾”能感知你的动作,并把这些信息通过无线电及时传到你的复制品那里,指挥在你朋友家中作客的“你”,这样“他”就能复制你的—举一动,在你朋友看来,那完全是个真实的你。同样道理,在你家作客的“你的朋友”与真人也几乎别无二致,只要你俩别打起架来。假如你真把“你的朋友”当作真人并打起来,那你可就倒大霉了。因为“你的朋友”是由纳米材料做成的,是那么坚实,你只有挨揍的份。不过,在你朋友家里,恰恰是“你”把他打趴下了,所以一切扯平。最后两人都头破血流,唯有这种鬼怪似的纳米雾打着唿哨扬长而去。
你也可以用“实用雾”来做你的汽车,这样你可以天天换花样,每天都拥有一辆“新车”。但比这还好的是,汽车的内部正像它的外壳一样,里面也充满了纳米小机器人,但你要戴上一种特殊的全息眼罩才能看到它们。尽管比空气重,“实用雾”却被电脑程序控制来模拟空气的物理性质,这样你就感觉不到它。但是如果突然发生一场撞车,它又会即刻形成一条临时的“安全带”保护你的每一寸身体。即使发生了时速160千米/小时的撞车事故,你也不会因此掉一根头发。
不过,你是永远不会发生时速160千米/小时的撞车事故的。记住,每一个纳米机器人都带有一个微型计算机,这样它们就能够以老练的方式相互交流,协调行动。你只要简单地在你的道路前方铺上一层厚厚的纳米机器人。然后你的汽车向它们不停地询问前面的路况,这样你就可以避免撞车了。
你也许禁不住要问,哪来那么多纳米机器人呢?答曰:这些纳米机器人能够自我复制。因此,未来的公路上它们会像柏油和水泥一样普通和廉价。
如何制造“实用雾”?
前面的一通描述我想一定已经吊起了你的胃口。你肯定已经忍不住要问:这种技术为何能这么神通广大,上面的描述包含有多少真实的成分?霍尔教授在一篇文章中已经对这种纳米机器人做了许多技术细节上的描述。
霍尔把这样一个纳米机器人叫做“小雾滴”。每个小雾滴都只有一个人体细胞大小,从它身上伸出12只手臂,形成十二面体。雾滴的中心几近于球体,直径10个微米。这些手臂直径5微米,长50微米。整个雾滴近似于直径100微米的球体。每个
雾滴重20微克,包含5×1015个原子。它的机械动作精度可达1个微米。
这些手臂可以伸缩、旋转,尾端附有钳子。钳子上有三个手指。两个小雾滴可以通过手指抓在一起。当很多小雾滴连接在一起时,就形成像晶体一样坚实的网格状。但这网格又有很好的伸缩性,每个小雾滴能够在任何方向收缩40%的长度,网格所占体积可以缩小为原先的万分之一。这种良好的伸缩性就是纳米雾滴模拟能力非常强的原因之一。
通过这样一种设计,指挥人员能向1立方微米的空间每秒发布100亿条指令,每立方微米的“实用雾”其电动马达的能量消耗不到1微瓦。
当然,“实用雾”尽管神通广大,但也不是万能的。它能精确地模拟人的视觉、听觉甚至触觉环境,但却无法模拟人的味觉和嗅觉环境。由“实用雾”变出来的“烤鸭”也许看起来十分诱人,但假如你忍不住去咬一口,这下你可就惨了!这是能够理解的,由这样一些硬梆梆的铁家伙组成的“烤鸭”,你当然无法闻出和咀嚼出肉味来。它只是娱人耳目、引你上当而已,在这种情况下,宁可相信你的鼻子,也不要相信你的眼睛。
目前的纳米技术要制造出这样一个小机器人是不成问题的,但要制造出成千上万个就比较困难了。而假如没有成千上万个小雾滴联合行动,“实用雾”就失去了它的作用。所以科学家们正在寻求制造出能够像细菌和病毒一样自我复制的纳米机器人。这在理论上是没问题的,但在技术上还困难重重。只要克服了这一点,那么童话中的梦幻仙境就离我们不再遥远了。
(选自《科学之谜》)