3D打印纳米机器已经突破限制，能够实现人类规模的结果

作者：沃伦·米勒，特约作家

纳米机器是通过一次组装一个原子制造的超微型机械装置。这些机器在分子水平上具有非常广泛的适用性——攻击疾病、去除水中的污染物，甚至建造其他微型机器或自我复制——可能性令人难以置信。然而，直到最近，纳米机器还只能在微观层面上运行。现在研究人员已经开发出一种方法，可以让它们产生我们可以用肉眼看到的结果。

纳米机器对其他微小的分子物体进行操作，并且可以使用强大的显微镜观察它们的活动。然而，让纳米机器在人类尺度上做一些人们实际上可以直接看到的事情是不可能的。那是因为纳米机器很难以允许有组织的努力的方式排列。这些设备在正常状态下随机排列，相互对抗——有点像船上的一群划船者，他们都在向不同的方向拉动。不用说，这使您很难到达目的地。

现在，达特茅斯学院的研究人员已经找到了一种方法来克服纳米机器应用中的这一限制。通过使用创新的 3D 打印技术，他们能够组织纳米级设备协同工作，以实现人类规模的结果。3D 打印方法允许纳米器件通过打印过程对齐。纳米器件可设置为同向排列；这允许大量设备之间的合作，当你让足够多的纳米设备一起工作时，你可以在宏观尺度上看到结果。

研究人员通过 3D 打印由纳米器件制成的特殊凝胶展示了宏观规模的操作。纳米器件具有特殊的分子结构，在分子尺度上由轴上的环组成。环可以沿着轴移动，并通过这样做来改变它们的形状以存储或释放能量。机械联锁的分子（或称 MIM）以前曾在分子水平上用作微观泵和开关，但正常的随机方向使它们无法在产生宏观水平工作所需的规模上进行合作。

这种特殊凝胶中的纳米器件可以通过首先添加二甲基硫醚 (DMSO) 溶剂来储存能量来激活；然后加入水以释放储存的能量。纳米分子通过膨胀做出反应，在演示中，提升了 1.6 毫米的一角硬币。硬币的重量是凝胶的 15 倍，升力比为 15:1。相当令人印象深刻，但不是蚂蚁可以举起的重量的 50 到 100 倍。（然而，蚂蚁需要更长的时间来完善他们的举重技能。）随着时间的推移，我确信纳米设备将进化到能够成功地与蚂蚁甚至人类进行手臂摔跤。

图片来源： 达特茅斯学院。

这项研究在宏观层面开辟了广泛的可能应用，机器人技术对我来说是最有趣的。这些类型的纳米机器可以用来制造四肢、手和脚的等价物吗？还是将宏观层面的运动更好地实现为一个铰接的球体，或者用数百万个像根一样的小腿？我们是否能够看到机器人如何移动或抓握东西，或者它看起来像一团超细电线一起移动？也许纳米设备甚至会快速适应环境，选择最适合情况的移动方式。门现在是敞开的，无论从门里进来的什么东西都可能会让你大吃一惊。

审核编辑 黄昊宇