奈米机器人之原理.pptVIP

* 奈米機器人之原理、構造與應用 第六組 奈米四甲張素禎 著名物理學家、諾貝爾獎獲得者費恩曼教授早在1955年就提出一種設想，即人類能夠用宏觀的機器製造比其體積更小的機器，而這個較小的機器可以製作更小的機器，這樣一步步進行可以達到分子狀態，最後可以直接按意願排列原子並製造機器人。 前言 奈米機器人－汽車 美國萊斯大學的涂爾（James Tour）等人製作出分子尺度的汽車，以四個巴克球（形狀類似足球的碳分子）當做車輪，大小約為人體細胞的1/5000。奈米汽車之車軸由碳所構成，四個車輪則是巴克球，也就是形狀類似足球的碳分子。 巴克球是什麼？ 在1987年克魯托到蒙特婁巨蛋參加博覽會，發現屋頂上五角形與六角形的交錯結構，因而觸發了他的靈感，進而成功的破解了碳六十的結構，之後，大家才得知碳六十是具有20個六邊形及12個五邊形交錯構成的一個封閉中空的球體，形狀有如一顆足球，共有32個面。十年後（1996年）史莫利等三位教授也因此而獲頒諾貝爾化學獎。 為了紀念此事，克魯托便將「碳六十」以蒙特婁巨蛋的建造者巴克尼斯特-富勒（Buckminster Fuller）之名來命名，但因為他的名字太過冗長，因此一般通稱為碳六十或巴克球（Bucky Ball），也有人稱此類化合物為富勒烯（Fullerene）（芙）。 奈米機器人－觸媒引擎 而奈米機器人該如何去動作呢？ 因此因此馬洛克與沈恩提出了觸媒引擎。 金 鉑 雙氧水 電子 質子 水 氧 沿 金 鉑 棒 側 面 流 動 的 水 沿 鉑 棒 向 前 移 動 1、必須有質子 黃金表面的催化反應，能加速質子、電子和雙氧水生成水。這個反應會使質子和電子由鉑端流入。 2、質子帶動水 電子流入金鉑棒，相同數目的質子沿棒子的表面流動。質子的正荷電吸引水分子，帶動水一同流動。 3、生成質子 鉑表面催化雙氧水分解成電子、質子和氧，不斷供應產生推力所需的質子。 旋轉引擎 同樣的一組化學反應，可讓質子和水流過這個直徑100為米的齒輪，可進而轉動齒輪。 奈米機器人－觸媒引擎 馬達之移動原理 磁場的方式 記號路徑地特性 光驅動的方式 磁場的方式 在奈米棒中嵌入可與磁場交互作用的鎳片，就像指南針一樣，鎳片南北極的軸線垂直於奈米棒的長軸。利用磁力的控制來克服布朗運動使奈米棒亂轉的力量。 記號路徑地特性 有燃料時，觸媒奈米棒比較容易朝任意方向暴衝，但燃料濃度較高的地方，暴衝持續的時間較久。奈米棒會朝燃料化學梯度較高的地方移動，由下圖可看到奈米棒聚集在含有溶液的凝膠周圍(各圖中左上角)。 光驅動的方式 這類粒子利用光分解分子，產生正離子與負離子，這兩種離子的擴散速率不同，因此形成電場，使粒子移動。依據釋出離子的特性和粒子所攜帶的電荷，粒子會遠離或趨向光強度最大的區域。 趨化性和趨光性目前仍在原理證明階段，但我們或許能運用這些技術，設計出能自主活動的「智慧型」奈米機器人。這類機器人將可自行朝目標前進，能量來源可能是葡萄糖，或是生物體內或環境中富含的燃料。 奈米機器人應用 建築應用 醫療應用 節省能源 農業應用 維修應用 其他應用 建築應用 奈米機器人可以使用分子甚至是單個原子作為基本構件，建設規模最小的建築工程。它還可以用於精密製造業的加工，用它製造儲存量更大的電腦儲存晶片，以及加工精密度極高的「超平面磨床」等。這就意味著人類可以從零開始製造幾乎任何東西，因為化學和生物學說到底就是分子結構的改變和原子重排，而製造只不過是聚集大量原子並使他們組成有用物品的過程。 醫療應用 外科醫生能夠遙控奈米機器人做毫米級視網膜開刀手術，如果技術夠純熟，那麼醫生甚至能在眼球運動的條件下，進行切除彈性視網膜或個別病理細胞，接通切斷的神經。抑或在病人體內或血管中穿行，發現癌細胞立即把它們殺死以及刮去主動脈上堆積的脂肪等。或用奈米機器人胃鏡放進胃內對胃進行全面檢查。 節省能源 扔下成千上萬個奈米機器人去分解輪船底部的貝類和苔蘚，或是清掃引擎內部汽缸的汙垢，或清通排氣管等等，這些都能節省船隻航行能源或降低其他交通工具、運輸載具的能源消耗；如能配合超導體的使用，更可以大幅降低廢熱產生，屆時能源的節省量之大、使用率之高以及永續利用的年限延長都是可想而知的。 農業應用 我們可以將成千上萬個奈米機器人撒在馬鈴薯地內，讓它們去殺死害蟲，使馬鈴薯有好收成。飛行奈米機器人可載著濕度儀和紅外線感應器在田野上飛翔，當發現農田有乾旱現象時，便降落在灌溉系統的閥門上，將乾旱資訊傳輸給感應器，打開閘門並定期灌溉農田。如此一來農人就可以有更多時間去做自己想做的事，或從事農業研究等等。 維修應用 奈米機器人可以攜帶攝影機和微型光纖，進入人類無法到達的地方去觀察環境，儲存或傳輸圖像。當地下電纜斷了以後，讓成千上萬個奈米機