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一、纳米科技可能是未来决定大国战略地位的重要标准

  纳米科技(Nano Technology)是继电脑、基因技术之后世界强国追逐的又一大科技热点。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。纳米科技正逐渐成爲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爲可能。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産生升力,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。目前的内窥技术爲两类,一是直径爲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爲古老的历史。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像结果来分析病情。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资讯,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电脑内,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。在高速电脑的控制下,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瞭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、大学和企业爲纳米科技提供大量研究资金。此法案将爲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(MIT)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电脑类比平台来实现。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。已经成型的産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。虽然理论上已经成爲可能,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。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。

二、纳米技术将拯救世界还是毁灭世界

  仍然处于婴儿时期的纳米技术一方面被华而不实的言辞所包围,另一方面又受到了严重的误解甚至诋毁。科学界现在面临的问题是,既要保证某些纳米技术不会危及环境和人类自身,又要考虑如何不让它像转基因技术那样被妖魔化。对于从事纳米研究的科学家而言,没有什麽东西比“灰色粘质”(greygoo)更不现实了。创造出这个古怪概念的是美国未来学家德雷克斯勒(ErichDrexler)。他认爲,一种能够自我复制的纳米尺度机器人会把所接触到的一切物质都变成自己的同类——这当然意味着世界末日的来临。作爲一种并不存在的怪物,令人毛骨悚然的“灰色粘质”充其量只是科幻作家的素材,但 是最近情况却有所变化。

  今年1月底,一个总部设在加拿大的激进环保组织ETC发表了一份长达80多页的报告。这份名爲The Big Down的报告把纳米技术描述成一种可能毁灭世界的知识,因爲它会导致“灰色粘质”的出现。ETC通过这份报告号召在全世界范围内暂停所有纳米技术的研究。假如这一目标得以实现——当然,非常不现实——那麽成千上万的科学家就会失业。

  尽管ETC的这份报告在关键问题上缺少坚实的科学证据,他们还是成功地吸引了全世界的注意。ETC是反转基因食品(GM)的老手,在吸引公??的注意力、把GM的安全性问题复杂化上经验颇多。在想象力方面,ETC也没有输给德雷克斯勒。他们自己仿造出了“绿色粘质”(greengoo)的概念来恐吓公??。在ETC的概念里,“绿色粘质”是生物技术和纳米技术的结合,用于制造新的生物物种。他们认爲,这种“绿色粘质”的失控会导致环境、人类健康和生物多样性的破坏。ETC正在试图劝说其他激进环保组织——如绿色和平组织——加入全面禁止纳米研究的大合唱,目前还没有结果。但是ETC并不孤独。今年4月,英国查尔斯王子在读了ETC的报告之后,也表示对“灰色粘质”的关注(查尔斯王子以经常发表一些批评当代科学技术的言论而闻名)。尽管没有直接的接触,他们还是有些相似之处:在发现“灰色粘质”之前,查尔斯王子的反对目标也是GM。尽管人们一般知道,他在任何科学问题上远远不是一个专家。但是查尔斯王子毕竟是名人。英国下院科学技术特别委员会主席吉布森(Ian Gibson)对BBC抱怨说,“当王子——未来的国王——讲话的时候,人们就会听。”名人做广告是ETC求之不得的事情。查尔斯王子的“担忧”很快就出现在了ETC的宣传材料上。

  对于从事纳米技术的科学家而言,这样或者那样的“粘质”毫无意义。麻省理工学院(MIT)纳米结构实验室的史密斯(H.I.Smith)教授认爲灰色粘质的想法没有任何基础,当然没有理由终止纳米技术的研究。

  抛开绿色或灰色粘质这样荒诞不经的概念不谈,实际上,有些纳米技术的确可能存在安全隐患。不过对纳米技术的安全问题评价稍微有些复杂。部分原因在于,“纳米技术”是一个含意相当广泛的词。碳纳米管、最尖端的积体电路制造技术甚至超灵敏的温度计,都会涉及到纳米尺度的问题。有些纳米技术看上去并无危险,它们甚至不是什麽新事物。一些科学家辩解说,纳米颗粒并不是今天才被人们制造出来的,环境中早就存在这样的物质。例如,11世纪的炼金术士使用金的‘纳米颗粒’制造教堂窗户的红色镶嵌玻璃。今年3月,有几组科学家在美国化学会年会上报告了纳米颗粒对生物可能的危害。例如,纽约罗切斯特大学的研究者发现,让实验大鼠暴露在含有直径20纳米的“特氟龙”塑胶(聚四氟乙烯)颗粒的空气中15分钟,它们大多数在4小时内死亡了。而暴露在直径120纳米颗粒中的对照组则安然无恙。另外一种前景广阔的纳米材料——单层碳纳米管——也有可能造成健康问题。杜邦公司和NASA约翰逊宇航中心的科学家发现,单层碳纳米管可能导致实验动物肺部産生肉芽肿——研究者认爲那是中毒的标志。尽管现在单层碳纳米管仅局限于实验室研究,有科学家预测,一旦大规模生産,单层碳纳米管的産量可达数吨之多,这就大大增加了人们接触到它的可能性。

  对于纳米材料安全性的研究还处在非常早期的阶段。以往,如果说纳米技术和环境有什麽联系的话,那也是利用纳米材料实现环保的目的。美国环保署(EPA)今年得到了600万美元的经费用于研究纳米材料对环境的影响——尽管与每年花在纳米技术研发上的数以十亿计美元相比,这是一笔微不足道的钱。前不久,英国政府也要求皇家学会和皇家工程院对纳米技术的安全问题展开评估。不过计划的负责人、康桥大学的道林(Ann Dowling)教授表示,这项研究并不是因爲查尔斯王子关于“灰色粘质”的言论,而是因爲弄清一项新技术的潜在风险和好处非常重要的。

  今年6月,ETC联合其他组织在布鲁塞尔的欧洲议会举行了一次关于纳米技术的会议,寻求反纳米技术的政治支援。工党和绿党的议员参加了这次会议,其中后者明确支援停止纳米技术研究的要求。反GM组织把目标转向了纳米技术,这引起了科学界的担忧。7月17日出版的《自然》杂志发表社论,用了一整页的篇幅讨论纳米技术研究面临的挑战。这篇题爲《不要相信夸大其词》的社论警告说:像ETC这样的组织的主张常显得没有理智,但这并不意味着他们不会在公??中産生共鸣。GM食品在英国等欧洲国家被妖魔化,可以看作纳米技术的前车之鉴。1999年,一项GM土豆损害健康的研究成果被反GM运动者当作了一件有力的武器,后来发现这项研究很不可靠。更早的时候,美国孟山都公司拒绝给出口到欧洲的GM大豆贴上标签,这最终导致了数个欧洲国家停止爲GM作物发放许可证。人们在GM问题上付出了代价。根据7月11日英国政府公布的一份GM作物的评估报告,尽管GM作物对于英国的经济发展和公??健康有巨大的潜在利益,但是目前公??对于GM作物的不接受态度导致这些利益至今不能显现出来。

  《自然》杂志的社论用了“夸大其词”一词,这种“夸大其词”不仅指像ETC这样关于纳米技术的胡说,也包括纳米技术研究领域本身的华而不实。来自纳米尺度科学领域的新成果几乎每天都会在媒体的聚光灯下炫耀地登场,每一项成果都自称能治疗疾病、清洁环境或者拓展和平与繁荣。如果这项技术能够创造如此的奇??,人们可能会思考,它同样也可能做坏事。

  有科学家告诫:科学界在展望新技术的前景时,不要过分乐观,设想得过于美好,要让公??瞭解到可能的障碍和问题。德雷克斯勒本人在接受英国《新科学家》杂志采访时也认爲,ETC关于停止一切纳米技术研究的要求不合逻辑。这种要求实现的可能性事实上也很小。但对纳米技术而言,这并不意味着可以万事大吉。当这些恐惧会变得高涨起来,人们不瞭解这些技术,而是(简单地)认爲它们是坏东西。科学家需要加强与公??的沟通。

  纳米技术的概念首先是由美国的未来学家德雷克斯勒提出的。德雷克斯勒也是“灰色粘质”(greygoo)这个词的创造者。1986年,他在一本名叫《造物引擎》(Engines of Creation)的书中描述了能够进行自我复制的纳米尺度机器人。这种机器人可以通过移动单个原子制造出任何人们想要的东西-土豆、服装或者是电脑晶片,任何人工産品-而不必使用传统的制造方式。但是德雷克斯勒担心,这样一种能够自我复制的机器人可能会失去控制:他们疯狂地复制自身,在很短的时间内就把地球变成了一大团完全由纳米机器人组成的“灰色粘质”。然而,在从事实际工作的纳米科学家-主要是物理学家、化学家、生物学家和工程师等人的眼中,德雷克斯勒的纳米技术概念确实是一种天真的预言。今天我们所说的纳米技术,一般是指研究纳米尺度(1纳米等于10-9米)上材料性质的科学。在如此微小的尺度上,物质可能出现一些新的特性,例如碳60分子和碳纳米管。这些科学家的研究目标并不是制造德雷克斯勒式的纳米机器人,他们倾向于认爲《造物引擎》所描述的这些概念更像是科幻小说,而不是科学。  

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