美国纽约大学研制出一台纳米机器人，其手臂是用两个DNA 分子制作的，可以自如地在固定的位置间旋转。最近，瑞典也 研制出一台微型医用机器人，由多层聚合物和黄金制成，外表 类似人的手臂，其手臂、肘部和腕部都十分灵活，有2～4个手 指，实验已进入能让机器人捡起和移动肉眼看不见的玻璃珠的 阶段。
图1 两种不同的分子在分子之间力的作用下在 溶液中自组装的情形。由于纳米尺寸非常之小，纳 米机械必须具有自组装、自我复制等功能
纳米机器人
1990年，美国贝尔实验室成功地制造出了极其微小的纳米机 器人。这种只有跳蚤般大小的机器人由许多齿轮等零件、涡轮 机和微型电脑组成，其零件小得犹如空气中漂浮的尘埃。该纳 米机器人在当年美国麻省理工学院举办的科技博览会上一亮相， 就引起了人们的极大的兴趣。
分子齿轮
2000年2月，日本东京大学宣布，他们在世 界上首次研制成功可自由控制转速的分子齿轮。 该分子齿轮的结构由两个直径约为1nm的卟啉 分子夹着一个直径约为0.1nm的金属离子。如 将卟啉分子和金属离子放人一种溶液中，并对 溶液加热到特定的温度，就可以使卟啉分子和 金属离子组合成分子齿轮。目前这种分子齿轮 只能分别单独旋转，倘若要构成一个齿轮传动 系统，就必须将多个分子齿轮按一定的方式组 合起来。
➢ 2000年底，英国成功地将有机分子形成的导线分别与纳米金 颗粒和金电极相连，组装成能承载电流的纳米电路。在这个 纳米电路中，纳米金颗粒和金电极之间连接了数十个有机分 子。这种纳米电路有望用于制造超大容量存储器件，应用于 将来的纳米计算机
计算机存储器
➢ 纳米存储器可以用单个的分子存储一个信息单位(bit)，并且可 以写、读和像计算机中的随机存储器一样用电子学的方法存取 信息，其外观和性能几乎完全和普通的计算机存储器一样，但 体积却小得多
第六讲 纳米材料应用
普通的材料通过纳米化，能增添许多神奇 特性； 利用纳米化材料特殊性质，可以开发出难以计 数的新的元器件。
➢ 纳米技术在电子信息领域的应用 ➢ 纳米技术在生物医学领域的应用 ➢ 纳米技术在国防军事中的应用
一、纳米技术 在电子信息领域的应用
➢ 纳米技术发展的一个主要推动力来自于信息产业， 微电子器件薄、轻、小的客观要求与发展趋势，迫 使人们研究和使用纳米科技
目前，美日欧和俄罗斯在生物计算机的原型器件和系统 方面进行了大量研究，取得了很大的进展，如美国和俄 罗斯研制的细菌视紫红蛋白质计算机处理器。该生物材 料具有非常独特的热，光，化学物理特性和良好的稳定 性，并且其奇的光学循环特性可以用于信息的储存，有 望代替当今计算机的信息处理和存储的作用。
美国在3～5年内能大批量生产这种计算机。生物计算机 的造价比半导体计算机的造价要低得多，因为它所用的 生物材料可利用通过基因技术改造后的细菌大量生产。
➢ 传统的电子器件，只利用了电子波粒二象性中的粒 子性，而且都是通过电子数量来实现信号处理的
➢ 纳米器件或称量子器件是利用量子效应原理制成的， 它的尺寸在纳米级，具有更高的响应速度、更低的 功耗、更大集成度，同时器件还具有结构简单、可 靠性好、成本低的优点
➢ 现代电子学正经历一个从微电子学到纳米电子 学的发展时期，并引起新的电子技术革命，把 电子工业技术推向一个更高的阶段
DNA生物计算机
DNA含有大量的遗传密码——基因，这些基因通过生物化学反应传递着遗 传信息，并可以一代传给一代。DNA计算机将利用DNA分子这些独特的遗传 信息传递方式来实现计算机的计算功能。
DNA分子中的密码相当于存储的数据，DNA分子之间可以在某种酶的作用 下瞬间完成生物化学反应，从一种基因代码变为另一种基因代码。如果将反 应前的基因代码作为系统的输人数据，而将反应后的基因代码作为运算结果 的话，那么只要控制得当就可以利用这种反应过程制成DNA计算机。
生物计算机
生物计算机主要研究目标是寻找或创造一些特定的生物 分子，并期待这些生物分子能够更加快速地完成计算机的基 本运算和存储功能，代替目前的半导体计算机中央处理器 (CPU)和存储器。
蛋白质生物计算机 DNA生物计算机
蛋白质生物计算机
以蛋白质分子为材料制造的生物计算机，不仅体积 小，质量轻，能耗小，环境适应性强，而且运算速度和 信息储存能力比现有的计算机要高出数亿倍。同时具有 和人脑一样非常优越的分析，判断，联想，记忆等智能。
➢ 用分子来存储信息的元器件研究很多，但多数分子存储器不是 采用单个的分子，而是分子团存储信息；而存储和读写的方式 也多采用光学方法。例用激光照射这些分子团，激发分子团发 光，以此实现信息的存储
➢ 1999年，耶鲁大学研制的分子存储器是选用一种十分特殊的 分子，它可以直接用电子学的方法存储和读取信息
基于分子反应的DNA计算机运算速度极快，它几天的运算量就可相当于计算 机问世以来世界上所有计算机的总计算量。另外，由于每个DNA分子都含有 大量的基因，因此DNA分子的存储容量十分巨大，如1m3的DNA溶液可存储 1万亿亿比特的数据，这将超过目前所有计算机存储器容量的总和。不仅如此， DNA计算机所消耗的能量却小的出奇，只有的
梦想，它的实现将可以彻底实现当今计
算机无法真正实现的模糊推理功能和神
经网络运算功能，而这些都是人工智能
的重大突破口之一。
分子马达
美国波士顿大学制造出了世界上一种最小的分 子马达。该马达仅由78个原子组成。几乎同时，日 本和荷兰的科学家也研制出另一种用太阳能驱动的 分子马达，它能在光的照射下连续不断地旋转。分 子马达将能够为未来的分子机械提供动力，为今后 开发和研制微小的分子机械奠定了一定的基础。
➢ 纳米电子学的目标是将集成电路的几何尺度进 一步减小，超越目前发展的极限，因而使得该 功能密度和数据通过量率达到新的水平
➢ 如50年前，微电子器件取代真空电子管器件给 信息技术带来革命一样，纳米结构将再次给信 息技术硬件带来革命
纳米电路
➢ 1996年，美国耶鲁大学就首次完成了对单个分子的电学测量。 实验表明：电子在穿过分子时是一个一个依次通过的，这样， 流过分子的电子将不会产生相互作用和碰撞，分子也就不会 因电子在其间流动而发热。特定有机分子导电性的测量为研 制分子器件打下一定的基础