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Worldwide Campaign to stop the Abuse and Torture of Mind Control/DEWs

纳米大脑黑客,分子电子学应用脑控nanohacker invade brain(nanochip)

1995年9月27日至10月1日由美国出资的戈尔巴乔夫基金会,邀集当今世界的500名最重要的政治家、经济界领袖和科学家,其中包括乔?布什(当时他还不是美国总统)、撒切尔夫人、布莱尔、布热津斯基以及索罗兹、比尔盖茨、未来学家奈斯比特等大名鼎鼎的全球热点人物,在旧金山费尔蒙特饭店举行高层圆桌会议。讨论关于全球化以及如何引导人类走向21世纪的问题。这个会议认为,人类历史上一个崭新的时代业已到来。这个时代将是非工业文明的时代。工业时代与它的大规模福利(社会保障)制度一起,已成为经济史的短暂瞬间即将不复存在,他们产生一个方案,就是逐步设法用"高技术"手段消灭80%他们认为的垃圾人口而留下20%的人类精英,或者采用"高技术"手段使那些垃圾人口部分变成这些精英的活体试验品!
请看下面一段对话:
您好!
请问*先生,你具体是干什么工作的?或者你在负责什么项目呢?
我们初步认为:如果你是一个普通居民,别人不可能花那么大的成本去给你安装此类窃听。
此类窃听在国内还没有生产,国外是有的。而且国内有这种窃听器的单位也不多。并且此类窃听的安装也不是那么简单的。该装置安装起来非常非常繁琐,也非常非常昂贵。
在 2002-03-07 10:33:00 您写道:
我不知为什么得了一种奇怪的病,已经持续了两年。
其主要特征就是:
1、耳边总有两个人在说话且有时非常清晰,有时又听不清晰;
2、不希望听又不能,因为听不清时非常非常头疼;
3、用形象的比喻有点象我拿着手机,对方也拿着手机(我的手机听话系统又有点毛病);(这个特征非常象!他们可讲可不讲,话题就完全是两个人在对话,话题关于我的较多,也有关于我不认识的人,他们是有意讲给我听;我又无法不感应到。
4、我只要想什么,对方就能感应到,并全部告诉另外的一个人;
5、他们说他们给我体内植入了窃听器,自己用接受装置接收,还讲他们是顺风耳和千里眼于一身;
6、他们经常恐吓我,不让我讲出来;
  目前可以认为此类窃听器就是纳米机器人及其操纵设备,它们被用来进行活体试验,主要目的是进行人脑运行研究,不同行业选择有代表性的一个人作为实验品,这种装置主要应用在包括中国在内的无线技术不发达的发展国家中的他们认为的垃圾人口,那些所谓的精英肆无忌惮的操作着这些设备利用无线技术对选中的实验品进行惨无人道的活体实验!!而这些被选中的实验品的保护者--他们的国家安全部门和公安部门由于技术的落后对这一切却一无所知,还津津乐道地对他们的纳税人讲平安无事!!!而那些被实验者却过着叫天天不应叫地地不鸣的地狱般的生活!!!子电子技术是以分子作为载体,在分子水平上实现电子学的信息处理和存储过程的仿生技术,它是70年代以来在分子电子学基础上产生的一门新兴技术,其目标是研制由分子器件构造的并行分布式仿生智能信息处理系统,开辟了信息科学发展的新途径人脑也可能遭到外来控制

柯兹威尔想像中的人类与机器混血的物种,外表上将不会像好莱坞电影中的科学怪人那样。混血将透过显微科技完成,几年前科学家发现一种体积极小的碳纳米分子,应用在电脑上的计算能力远超过目前的硅晶片,未来这种碳分子可望制作成一种会自我复制并可以存在人体血管中的超微型机器人,与所有脑神经互动。这些小机器人将会扫描所有的脑神经细胞,建立一个包含所有脑部内容的庞大资料库。小机器人还会透过无线电通信系统彼此连接,也可以和脑部以外管理资料库的电脑或网路进行交流。
  不过这种科技含有极大的危险。脑部扫描为资料库之后,个人所有的思想与隐私难免面临黑客入侵的危险,人脑也可能遭到外来控制。柯兹威尔说,这种风险的确值得忧虑,未来政府、宗教组织或恐怖分子可能培养微型机器人侵入人体,监视或控制他人。然而,他也指出,这类如同"特洛伊木马"的电脑病毒的问题今天就已经存在,而人类走向科技进化的路却已无法回头。他说:"我个人倾向保持乐观。但这条路上当然会有风险,也可能会失败。"
  柯兹威尔因此在书中预测说:在15年内将出现能够使人的灵魂与思想永存"电子灵魂人";在30年内,人脑的神经将会与电脑回路直接连结,这种连结代表人脑的所有内容都可以"非实体化",复制并保存到一个外部的资料库中。人脑的生物能力可以由大量的数位记忆加以补充,还能在思考运转的一瞬间,和网际网路这类大量讯息资源连接。他强调这并非是科学幻想小说,事实上目前医学界已经在人脑中植入矽晶片,与脑神经直接连结,试图治疗帕金森氏症与听觉障碍。50年内,"后人类"开始孕生下一代并形成少数贵族阶层。他认为,到了2099年,也许将只有一部分人保留着生物躯体,大多数的人将自己的思想转换成电子电路——成为XBG化的电子灵魂人,结果就在某种程度上获得了永生。
  其实,柯兹威尔等科学家们的这种想法并不是什么新鲜的事,早在1988年,科幻小说家汉斯·莫拉维克就曾经在他的科幻小说《思维小孩》中设想过,有一天会出现一种把人和机器结合起来的仿生人。这种仿生人是用手术把人自身的自我意识移植到机器人中,每移走人的一部分神经元,做手术的医生就把人脑中其它大量的神经元网络与一个金属薄膜相连,以精确复制人的原始神经元的功能。这样,可能在人完全清醒的状态下,他的大脑就被逐渐地替换,最终机器大脑就会得到原来这个人的所有记忆和思想,并且可以在这个由硅和金属的复合

纳米大脑黑客,分子电子学应用脑控 - FlickAnhui - 大脑黑客心灵杀手CyborgBrain

 


关键词:分子电子技术、信息处理、信息存储、仿生技术
早在20世纪70年代,科学家们就已经发现许多蛋白质分子具有开关特性,提出了分子电子器件的概念。美国华盛顿海军研究所最早进行把有机化合物用于分子电子器件的研究,1978年第一个有机晶体管研制成功,1983年制成了第一个分子检波器。1985年利用细胞色素C制成了有开关功能和记忆功能的生物分子元件。80年代科学家发现微细加工技术是有限度的。当加工线宽到达100nm的水平时,被认为是微电子技术发展的极限。从而对分子器件的期望迅速增大,于是掀起了研制分子器件的热潮。进入90年代以来,美、英、日等国的科学家积极探讨,希望能研制出由单个电子、原子和分子构成的器件、连线和电路,最终实现分子电脑,据美国《科学与共同政策》杂志报道,美国已研制成功只有4nm的并具有开关特性的复杂分子。1993年日本日立公司宣布,该公司与英国剑桥大学利用纳米技术,研制成功存储容量达16G字节的“单分子存储器”。随着纳米生物工程技术的发展,近几年来生物分子器件的研制出现划时代的发展。美国的研究人员已在实验室里成功地制造出许多能存取信息的分子大小的开关。在1999年11月美国的科学家马克.里德与赖斯大学化学教授詹姆斯.图尔在《科学》周刊发表文章,介绍了如何制造单个的分子开关,这是利用化学过程(即自组装技术)制造的未来系统的基本部件。
美国国防超前研究计划署提出了一项“分子电子学”计划,根据路透社纽约1999年12月6日报道,美国IBM公司最近宣布,将计划用5年时间,用1亿美元研制一台速度为1000万亿次/秒以上的超级计算机,根据《纽约时报》3月23日以《计算机技术的新时代》为题的报道,在1997年成立了加利福尼亚分子电子技术公司,1999年这家公司得到了全国科学基金会的一笔拨款,用于开发分子大小的开关装置。2000年2月,这家公司通过因特网直接发行了价值600万美元的股票,在1999年12月美国的一群分子电子技术的佼佼者和化学家已经组建了一家公司--分子电子技术公司,于2000年1月在芝加哥开设了它的第一个营业处,试图开创数字电子技术新时代--以无数分子大小的基本部件为基础创造出功能极其强大的计算电路。
分子电子技术的制造技术与现在制造半导体芯片所使用的技术完全不同,它是通过纯粹的化学过程来生产微小的电子电路,使大量的电子系统组成一个巨大的存储系统,进而组成功能巨大的并行计算机,尽管现在尚未成熟,但研究人员坚信,一个原子一个原子地制作计算机的梦想终有一天会实现。
1、分子电子技术的研究方向
目前分子电子技术的研究方向为:1)分子材料的获得及应用,即寻找可利用的分子功能材料;2)分子导线研究,寻找在分子尺度上微小元器件之间的连接途径和方法;3)分子组装和刻蚀技术(纳米技术);4)分子器件(开关器件和传感器)的作用机理和模型研究,开发实用性的分子开关器件和传感器;5)研究具有多状态,多功能的系统单元(生物集成电路及其应用;6)研究分子计算系统模型等。
2、生物芯片
由于一个蛋白质分子就能构成一开关,因此可用它作为生物集成电路--生物芯片。生物芯片是运用大规模集成电路光刻技术以及生物分子的自组装技术,在一微小芯片上组装成千上万个不同DNA或蛋白质的生物分子微阵列,实现以基因为主的分子信息大规模检测
在生物芯片中,信息的接收、转换、传输、记忆和处理都是在生物分子的网络中进行的,而担任信息运送的是激素和传感神经等的分子。信息是以波的形式传递的,波沿着蛋白质分子键传播时,会引起蛋白质分子键中的单键、双键结构顺序的改变,因此,当一列波传播到分子键的某一部位时,如同硅集成电路中的载流子那样传递信息,随着分子电子技术的发展,将用工程方式实现人脑的高级信息处理机制。现在由于对高级信息处理进行实时光学测定的系统开发成功,将可查明人脑实现感觉、学习、思维、记忆等重要功能的高级信息处理的过程,将可实现直接测量人脑的神经细胞网络中的高级信息处理。科学家预言,把生物分子器件融入电子系统中,将完全可以研制出一种能够自我调节、自我复制的全有机生物分子芯片。
生物芯片的主要类型与功能是1)分子与生物分子电子器件可作分子开关、分子导线、分子存储器、能量转换器等;2)生物检测分析微芯片--基因芯片、免疫阵列传感器、芯片电泳以及其他阵列型微芯片。
生产芯片的优点有:1)采用了平面微细加工技术,可实现大批量生产,通过提高集成度,降低单个芯片的成本;2)可组装大量的生物分子探针,获得信息量大,效率高,特别适合基于基因信息的采集;3)结合微机械技术,可把生产样品的预处理,基因物质的提取、扩增、以及杂交后的信息检测集成为芯片实验室,制备成微型、全自动化、五污染、可用于微量试样检测的高度集成的智能化生物芯片。
3、分子电脑
目前,作为计算机核心元件的集成电路的制造工艺已接近理论极限。现有的计算机的运算速度和能力已经不能满足实际的需要,有许多科学家早就预料到目前的状况,从80年代起就着手研究第六代计算机---分子计算机。
开发分子电脑的目标是像人脑那样具有学习、记忆、推理和思维的能力,如果分子电脑开发成功,人工智能的发展可望大步前进。
生物分子电脑的特点有:
1)体积小,存储容量大、可组装成三维器件;可稳定保存数据,由于一个蛋白质分子就能构成一个开关,芯片中的线宽可能达到10的负6次方厘米水平,因此,其集成度比硅集成电路高出10万倍。在理论上可存储10G字节,相当于可存储5000亿个汉字的信息量,即使断电时,仍然可稳定保存数据。
2)具有自我组织、自我复制等再生能力,可靠性高,由于蛋白质本身具有自我复制功能,由蛋白质制成的芯片即使出现故障也能自我修复,从而提高芯片的可靠性。
3)具有阻抗性、耗能低、功效高、非扩散性和非发热性的特点;由于生物分子芯片是利用化学反应进行工作的,它只需极少的能量即可进行工作,因此,它不发热。具有耗能低、功效高的特点,
4)速度快,可大幅度提高运算速度和信息处理能力,大大节省运算时间;由于分子逻辑元件的开关速度比目前硅逻辑元件高1000倍,同时生物分子电脑具有并行处理信息的功能,因此,可大大提高电脑的运算速度和信息处理的能力,其运算时间仅为硅集成电路计算机的万分之一。
5)与生物体同质,具有生物活性;可埋入体内,能与人体的组织结合在一起成为人体的器官,并可作为人脑的自然外延。
6)可制成分子机器;未来的分子机器将是一种含有分子计算机的、可人机对话的、有自我复制能力的纳米装置。第一代分子机器是生物系统和机械系统的有机结合体;第二代分子机器是能直接以原子、分子装配成具有一定功能的纳米装置。第三代分子机器将是含有纳米电脑的可人机对话的并具有自我复制能力的纳米装置。
4、应用
1)利用具有自我复制能力的分子机器人,可人机对话,并能在1秒内完成数十亿个操作动作,可在几秒内完成现在几天才能完成的工作。
2)利用分子机器人可在血液中循环,可对身体各部门进行检测、诊断和实施特殊治疗。可制作各种复杂的仿生系统,如模仿人的视觉、味觉、嗅觉和听觉等,将生物芯片置入人体内可使盲人重见光明、使聋哑人说话、使瘫痪人行走。
3)利用蛋白质生物图像传感器,可作工业机器人的图像传感器和光学计算机的信号处理器。
4)可高灵敏度测定微生物污染程度,利用由大蛋白质分子制成灵敏度高达10的负14次方的人工嗅觉器官进行探测。
5)利用生物分子器件与专家系统相结合,在化学和生物战剂的联合侦检中将获得广泛应用。
6)利用分子军用遥控机器人,可创造出全新的作战手段。利用昆虫作平台,把分子机器人植入昆虫的神经系统中,控制昆虫飞向敌方收集情报。

欧洲科学家开发出一种基于脱氧核糖核酸(DNA)的转换器,名为DNA制动器或分子发电机。科学家认为,作为世界上第一个生物纳米技术制动器,它的研制成功为在活的生物有机体和计算机之间建立联系架设了桥梁。这个DNA制动器的大小只有一根头发的千分之一。这个DNA制动器的组成包括一组固定在极小芯片上的DNA、一个带有磁性的珠子、一个提供动力的生物发动机――通过活的生物细胞三磷酸腺苷(ATP)所发出的能量提供动力。英国、荷兰、法国、葡萄牙、瑞士等国科学家参与了该项研究。
今天正在驾驭电脑的人是否应该想到这一点:一旦电脑达到能与人的智力相抗衡的水平,它必将超过人脑。可以这样认为:机器的优势,在于它们能轻易地分享知识。当然,如果一个人学会了某种语法,或掌握了深奥的哲学原理,却不能轻易地把这一知识“下载”给机器。人的知识、技能和记忆是保存在大脑中的。即根植在一个宽广的构架上,这个构架由神经递质集中和神经元间的连接组成,通常很难被迅速取得或传送。
    但应该想到,将来,相当于人的神经细胞组的装置几乎肯定包括内置式的快速下载端口。也就是说,当一台电脑获得一项技能或者具备相当的悟性时,其他数十亿台电脑也将同步达到相同的智力水平。
    对具备人脑智力水平的电脑应提出哪些要求呢?科学家们设想可能将包括:复杂的智力(如音乐和艺术天赋)、创造力、处世能力、甚至对情感的反应能力。通常,这样一台电脑需要能够一秒钟大约运算20万亿次。尽管这种能量大得惊人,但科学家认为这似乎还是可以实现的。即使摩尔定律由于基于硅的芯片技术所限而走到尽头(估计在2019年),一种新的办法,即在电脑中采用由纳米管组成类似于碳原子六边形排列的三维电路将会出现并克服这一障碍。一立方英寸的纳米管电路将比人脑强大100万倍,至少是在原始数据处理能力方面。
    “纳米机器人”将问世
    著名物理学家、诺贝尔奖获得者费恩曼教授早在1955年就提出一种设想,即人类能够用宏观的机器制造比其体积更小的机器,而这个较小的机器可以制作更小的机器,这样一步步进行可以达到分子状态,最后可以直接按意愿排列原子并制造产品。
    爱因斯坦曾预言:“未来科学的发展无非是继续向宏观世界和微观世界进军。”洞察微观世界的秘密,需要借助仪器来开拓视野、延伸双手。纳米科技以空前的分辨率为人类揭示了一个可见的原子、分子世界,它的最终目标是直接以原子和分子来制造具有特定功能的产品。
    纳米技术不光改变或即将改变我们的生活,而且还将使众多传统产业焕发生机。在生物医学方面,纳米科技更是潜力巨大。它甚至将超过信息技术和基因组工程,成为21世纪决定性的技术。科学家预计,到2030年人类可能采用一种“纳米机器人”技术来对人脑进行扫描。控制基因,消灭遗传病。人类可以利用基因芯片迅速查出自己基因密码中的错误,并迅速利用如同人体血液细胞大小甚至更小的纳米机器人进行修正,使人类可以消灭各种遗传缺陷。这些机器人以十亿计的数量使用,它们能探测每一个毛细管,甚至能对神经细节进行近距检测。更了不起的是,通过高速无线连接,这些“纳米机器人”能相互联络,以及同编制大脑扫描数据库的电脑沟通。当然,这些机器人还能从无线网络上获取信息,人们可以在千里之外遥控它们。
    生活在虚拟的环境中
    预计到21世纪30年代,人类将能够了解大脑中超细微部分的构造和功能,也能够在相当先进的神经计算机中再造这些设计。到那个时候,计算机不仅大大超过人脑的计算能力,还有人类的复杂而丰富的技能,和超过人类的速度、精确性和知识分享能力。
    不久的将来,“纳米机器人”技术将提供身临其境而令人信服的虚拟现实。将“纳米机器人”放在连接来自所有感觉器官(即眼睛、耳朵、皮肤)的每一个神经元间连接的位置,它就能够抑制所有来自真实感官的信息,并以虚拟环境的适当信号来替代它们。科学家预计,利用上述技术,人类将进入一个虚拟现实环境。植入人体的“纳米机器人”将产生替代真实感觉的感官信息流,于是创造出一个身临其境的虚拟环境,它将对处于这一环境中人们自己的(以及其他人的)虚拟身体的行动作出反应。
    这一技术的应用,将使我们能够与其他人(或者模拟的人)一起进行虚拟现实的体验,而无须在人脑中事先置入任何设备。不仅如此,这种虚拟现实将与现实一样真实而精细,你无须给朋友打电话,就能与之相聚在巴黎的咖啡馆,或者一同漫步在虚拟的地中海海滩。
    在网络上获得新知识
    今天,我们的大脑设计方式相对固定。当我们学习的时候,尽管我们的确增加了神经元间连接和神经递质集中的构架,而人脑的总能力却高度受到限制,局限于仅100万亿个连接。如果“纳米机器人”技术得以普及,大脑移植芯片将大大地扩展我们的记忆,从而大大改善人类所有的感官、模式识别以及认知能力。
    科学家早已利用外科手术置入神经移植芯片的方法来治疗耳聋和帕金森氏症一类疾病。到2030年,“纳米机器人”可以通过注射,甚至是吞服的办法轻易植入,它们将具有编程能力,能够一会儿提供虚拟现实,一会儿又作为一系列大脑的伸展。也许最重要的是,它们将大量分布整个大脑,占据数十亿或者是数万亿个位置。
    很显然,“纳米机器人”的出现将可能涉及到法律、伦理甚至政治问题。说到这里,你也许会问:究竟计算机是否将比人更聪明?回答要看你如何给二者定义。科学家说,到了21世纪下半叶,将人同电脑绝对而清楚地区分开来将变得毫无意义。一方面,人类将拥有经过“纳米机器人”技术大大扩展了的生物大脑。另一方面,人们将拥有纯粹的非生物大脑,后者是功能大大增强了的人类大脑的复制品。毫无疑问,有了经过功能改善的大脑,我们将创造出无数与“纳米机器人”技术融合的更新的技术。届时,人类将进入一个新天地,他们当然不是神仙,但却是地道的新人类。

真实现实、扩展现实和虚拟现实
摘要:真实现实(Real Reality)、扩展现实(Augment Reality)和虚拟现实(Virtual Reality)属于同一系列的概念,它们共同组成了真实—虚拟连续统(Reality-Virtuality Continuum)。它们是对客观存在的三种不同的认知形态,共同构成了知识世界的范围(Extend of World Knowledge)。
   关键词:真实现实、扩展现实、虚拟现实、知识世界
   国内外已有一些关于虚拟现实(Virtual Reality)讨论。不同的学者对虚拟现实有着不同的理解和定义。笔者认为虚拟现实是使用计算机所创造的交互式的三维空间效果,在这个三维空间中物体有一种空间存在物的含义。它具有如下几个特征:
(1)虚拟现实是使用计算机技术创造的,以区别电子存在和其它的远距离感觉方法。
(2)虚拟现实中计算机技术应用所产生的是效果而不是幻觉。
(3)交互性:人与程序的交互性。
(4)三维世界:以区别文字描述的一维、二维世界。
(5)物体有一种空间存在物的含义。
   虚拟现实是人类利用特定的计算机语言或软件(如OpenGL SDK,VRML),整合一些特殊技术(如信息图形技术(Infographic Technologies)、人体运动跟踪技术(Human Movement Tracking Technology)、实时人体运动捕获技术(Real-Time Human Body Motion Capture Technologies)等)和特定的输入输出设备(如头盔显示器(Head Mounted Display)、数据手套(DataGloves)等)开发形成的一个三维人机互动系统。在这个互动系统中,参与者不仅具有参与感,而且具有身临其境的沉浸感。随着虚拟技术的理论和实践不断发展,这一系统已经达到了以假乱真的境界。
   虚拟现实完全是由计算机技术所创造的。在虚拟现实系统中,人与真实现实完全处于隔离状态,在虚拟现实中已不存在自然状态的物理时间和空间。人完全被虚拟现实系统所控制。
   虚拟原义是假,现实含义是真。因此,将这两个术语结合起来,属于典型的矛盾修饰法(oxymoron)。国外的一些学者认为这样术语不容易让人们接受,所以又将它称为“合成环境(Synthetic Environments)”、“赛博空间(Cyberspace)”、“人造现实(Artificial Reality)”、“模拟技术(Simulator Technology)”等。国内在引进这一术语时,有人曾认为虚拟现实易于“客观现实”这一术语相混淆,故提议译作“灵境”。但是,“虚拟现实”这一术语还是被绝大多数人所接受的。
   我们在论及虚拟现实时,国内不少人将虚拟现实与“客观存在”和“客观现实”相提并论。严格的说,客观存在和客观现实是哲学上的概念,与虚拟现实不属同一系列的概念。本文认为虚拟现实与真实现实和扩展现实属于同一系列概念。对它们进行考察时应该注意它们之间的相关性。
   真实现实有二种含义:一是作为客观存在的真实现实。它们是被人类认知了的客观存在,与人类处于交互作用之中。在此意义上,真实现实是人类赖以生存的基础。二是作为知识形态的真实现实。它们是人类对于客观存在的认知结果。当我们在讨论与扩展现实和虚拟现实相对应的真实现实时,真实现实指的是一种知识形态。作为知识形态的真实现实或者是通过感官认知的方式获得的,或者是以视频窗口方式(如对实景的摄像)获得的。这两种方式中,前者是直接的,后者是间接的。我们将在本文的第二、三节中分别予以考察。
   客观存在是一个哲学范畴。它所表达的是不依赖于人类主观意识而独立存在事物的总和。被人类所感知的客观存在就是客观现实。这也是真实现实的第一层含义。
   真实现实和虚拟现实是人类对客观存在认知的两个极端形态。处于这两个极端之间的就是扩展现实(Augment Reality),扩展现实也称作为混合现实(Mixed Reality)。其实这两者还是略有区别的,我们将在下文中论及。不过扩展现实术语更能反映人类的认知能力和形态,因而更能为人们所接受,除特殊说明外,我们将在等同的意义下使用扩展现实和混合现实。
   混合现实是由真实现实和虚拟现实共同组成的。例如,真实的环境加上虚拟的物体共同组成一幅(组)画面,在这组画面中我们根本无法区别哪些是真实的,哪些是虚拟的。混合现实又分为两种情形。一种是扩展现实。上面举的例子就是属于扩展现实。另一种是扩展虚拟(Augment Virtuality)。例如,虚拟的环境加上某些真实的物体共同构成扩展虚拟。
扩展现实有三个基本特征。
   真实性:某些环境是人工创造的,因而它是虚拟的。但是在扩展现实中肯定有源于真实现实的部分。
   非沉浸感:在显示扩展现实中的真实成份和虚拟成份时,均不要求观察者沉浸其中。
   方位感:真实世界的物体是被感官直接观察到或者通过某些电子综合装置获得的(例如,水下摄像机对不明物体的摄像)。在后一种情况下,方位感成为扩展现实迫切需要解决的问题。
   真实现实、扩展现实和虚拟现实三者构成了一个真实虚拟连续统,它们之间的关系可以用下图表示:
   扩展现实与虚拟现实的区别是显而易见的。在虚拟现实系统中,人具有沉浸感。视觉、听觉、嗅觉、味觉、触觉部分或全部处于计算机系统控制之中。人失去与真实现实的一切联系。扩展现实则不同,它是将虚拟的物体融合到真实的环境中,或者将真实的物体融合到虚拟的环境中。在扩展现实中,人可以感受到真实世界的存在。当然,扩展现实所展现出来的世界并不完全是真实现实。它们中的虚拟成份是对真实现实的扩展。真实现实受物理法则的支配,而虚拟现实不受物理法则支配。在扩展现实中,如何将真实的部分和虚拟的部分完美无缺地融合在一起,这已成为计算机领域中热门话题。
   就其实际应用价值而言,扩展现实远远大于虚拟现实。例如,在人工心脏手术中,可以在计算机上实时捕捉人体胸腔内动态图像,同时将人工心脏作为虚拟物体加进动态图像中,进行虚拟物体与真实环境的匹配。再如,扩展现实在体内肿瘤的诊断中也有广泛的应用。扩展虚拟在文物保护中可以起到重要的作用。一座孤零零的古代建筑(真实物体)可以放在一个虚拟的环境中,从而确定保护文物的最佳环境。除了医学、文物保护之外,扩展现实在建筑装修、军事侦察、宇宙空间探索等领域应用也极为广泛。
   当我们考察以直接的方式(例如感官的认知)获取的作为知识形态的真实现实时,笔者认为,真实现实、扩展现实和虚拟现实有着相同的认知生理基础。
   我们都知道神经系统是人类进行意识活动的基础。 神经调节的基本方式是反射 (Reflex) ,即在中枢神经系统的控制下,机体对内外环境变化的刺激所发生的有适应性的反应。反射活动的结构基础是反射弧 (Reflex Arc) ,它由五部分构成,即:感受器、传入神经、神经中枢、传出神经和效应器。反射弧的路径为:
   刺激 感受器 传入神经 神经中枢 传出神经 效应器 产生行为
   在上图中,感受器的作用是将来自内外环境的刺激转变成神经信息(即神经冲动),由传入神经传至神经中枢(位于脑、脊髓内的那些与某一反射活动有关的神经细胞群)。神经中枢对传入的信息经处理后发出‘指令',经传出神经将‘指令'传至与其相连的由肌肉所构成的各器官或腺体并改变其活动以适应这一环境条件的变化。
   人的神经系统并不会因为信息科技的发展而改变。在真实现实、扩展现实和虚拟现实中,信号在人的神经系统中输入输出的路径是一致的:即反射弧。从输入端看,真实现实与虚拟现实所不同的是神经元所接受信号的方式不同:在真实现实中,是具体物体对感受器官产生了刺激,比如波长为 370~740nm 的电磁波刺激了眼睛中的神经元而使大脑对事物产生了感觉。而在虚拟现实中,这种信号表现为由 0 、 1 构成的二进制中的一些字符串,其最小单位为 bit 。它们是对人类神经系统产生刺激信号的一种方式。
   随着信息科技的发展,虚拟现实中的 bit 信号刺激可以越级进行,这在真实现实中是不能做到的。这种越级表现为:在神经反射弧路径中, bit 信号不一定必须从感受器开始,而可以从传入神经、神经中枢、传出神经或效应器开始。这是有别于在真实现实中物体对机体的刺激而导致生理行为的路径,这也是科技进步给人类认识与行为带来的贡献。由此也导致了人是否会成为机器的奴隶的争论。
   从输出端看,不论是 bit 信号还是具体物体的刺激信号,最终都必须通过效应器对机体的行为产生影响。与真实现实一样,在虚拟现实系统中,人们与系统环境不仅有信息的沟通,而且也有物质和能量的交换。比如,在一个充满恐怖的虚拟现实系统中,人体植物神经系统中交感神经居于主要地位,此时机体心跳加快、内脏与皮肤血管收缩、支气管平滑肌舒张、胃肠蠕动抑制、瞳孔扩大、竖毛肌收缩、汗腺分泌、糖元代谢加快、葡萄糖分解增多、能量消耗加大。在这种情形下,虚拟现实中的人们不仅有信息(恐怖)的交流,而且也有物质(葡萄糖)与能量(热能)的改变。
   人的反射活动,进一步可分为非条件反射( Unconditioned Reflex )与条件反射( Conditioned Reflex )。非条件反射是种族所共有的、与生俱来的、有着固定反射弧的反射活动,比如吮吸反射、角膜反射、性反射。条件反射则是在非条件反射基础之上的个体在其社会实践中逐步形成的反射。
   巴浦洛夫认为信号活动(即条件反射)是大脑皮质基本的活动。他把这种信号分为二类:第一信号与第二信号。第一信号指现实的具体信号,比如灯光、铃声、食物的具体性状。第二信号指抽象化的信号,比如“食物”这一词并不代表某一具体食品,而是对一切具有食物属性事物的概括。语言与文字是在具体信号的基础上形成的,是具体信号的信号,即第二信号。第二信号系统是在第一信号系统的基础上建立起来的。例如对“寒冷”一词的理解,起初只是因为在大雪纷飞时、温度的降低通过感受器使小孩产生了痛觉而哭啼,于是小孩把“寒冷”与“大雪”联系在一起。随着小孩的成长与教育,“寒冷”一词就会与“冬天”、“冰”、“冻疮”、“霜”等联系在一起。
   那么,在虚拟现实中,人们为什么会觉得寒冷呢?这可以通过视觉:大雪纷飞的场面出现,也可以通过寒风呼啸的听觉,也可以通过对皮肤产生一定痛值的刺激达到。无论是哪种方法,在虚拟现实系统中,人们对寒冷的感知必须具备以下条件:
   1.作为虚拟现实主体的人本身必须有对寒冷的感受经验,比如打寒战;
   2.对寒冷诱因如大雪、寒风等的直接或间接感知;
   3.对一定背景的逻辑推断力:如看到腊梅傲开、草地枯黄的场景,作为主体的人便能推断出可能是冬季;
   4.所控制使用者(人)行为电子信号的设立必须是建立在对人的生理、心理行为的研究基础之上的。
   由此可见,首先真实现实、虚拟现实都是依赖于人的神经系统的。离开了人的生理基础,讨论真实现实与虚拟现实是毫无意义的。扩展现实的情形兼有上述两种情况。其次,扩展现实和虚拟现实是依赖于真实现实的。我们可以在虚拟现实系统中实现某件“不可能的事”。但是如果这种“不可能的事情”是什么我们都不知道,那么更谈不上在虚拟现实中去实现它了。在真实现实中“有所思”,才能在虚拟现实系统中“有所见”。因此,虚拟现实不能离开真实现实。
   当我们考察以间接的方式(例如对不明物体的扫描)获取作为知识形态的真实现实时,就有一个重要的概念必须提及,即知识世界的范围( Extend of World Knowledge, EWK )。
   知识世界范围问题可以定义为我们对视频物体和物体所在的世界事实上知道多少?我们可以用下图表示知识世界的范围。
   上图左端表明我们对视频所显示出来的陌生的世界一无所知。这个世界图像数据是非模型化的,因为这些图像是通过对间接获得的场景盲目扫描取得的。这些非模型化的数据并没有包含图像的内容。当前绝大多数远程电子操纵系统的视频显示中,尤其是在不明环境下的水下探险、军事调动中,非模型化的世界表明得尤为明显。
   知识世界范围另一端是完全模型化的世界。虚拟世界就是一个完全模型化的世界。只有当确切知道某一个世界中的每一个物体是什么,它在该世界中的位置,观察者在该世界中的视角和人体运动轨迹时,我们才能构建虚拟现实。
   虽然知识世界的两端是常见的情形,但是更多的是需要将真实的物体和虚拟物体融合在一个视频画面中。这里就有三种情况: where 、 what 和 where+what 。在某些情景中,我们可能知道一个物体的位置,但是却不知道它是什么;在另一些情景中,我们可能知道场景中的物体是什么,但却不知道它的位置;还有一些情景,我们知道场景中某些物体是什么和它所处的位置的信息,但却不知另一些物体这些方面的信息。与此形成对比的事,在非模型化世界中,我们没有任何关于“ where ”和“ what ”的信息,在完全模型化的世界中,我们知道所有的“ where ”和“ what ”信息。
   知识世界范围问题在扩展现实中有着十分广泛的和重要的应用。通常,将任意一幅虚拟画面叠加到一幅真实现实的图画中,技术上是十分简单的。但是,从实际应用出发,为了使图像有合适的显示,就必须确切知道真实世界的物体在哪里和它的轨迹。当我们处理非结构化和完全非模型化的世界,这决不是一件简单的事。假设我们知道视频世界所有物体的“ where ”和“ what ”信息,那么我们就可以认为,与虚拟现实相比,扩展现实对于人类是最有价值的。
   由此可见,在知识世界范围内,真实世界、扩展世界和虚拟世界是人类认知的三个阶段。从完全不知到部分认识再到完全认识的过程,表明人类认识的进步。
   虽然我们对非模型化的世界一无所知,但是它却是真实世界视频窗口,认识的目的正在于对真实世界的改造。纳米间谍器材
过去,我们听到有关纳米技术对人类如何多好处的报道不少,比如,医疗方面,吃、穿、住、行等生活各个方面。但是,我们可能不了解纳米技术应用的另一方面。事实上,人类所有先进技术,无不首先应用于军事装备上。如今,所有超级大国研究纳米技术同样也无一例外地先期着眼于军事运用领域。
    据消息灵通人士透露,美国、俄罗斯、中国、日本等许多国家早已经有了纳米材料制作的微型化窃听装置。有人赞扬中国在这方面的研究和应用居于世界领先地位。据说,中国出现了一种借助人体血液流速作为动力的纳米微型化窃听装置,它可以通过针管注入人体,象寄生虫一样长期游离于人体中。这种窃听器功能还不小,可以监听100米以内的任何谈话内容,但也有更长距离的纳米窃听装置。此外,还有一种采用高粘性物质中混入纳米微型窃听装置的技术,使用时只需要往头发里一放就可以保持达10年之久,任由你怎么冲洗也不会脱掉,除非你剃成光头。据称,有采用高粘性物中混入高放射性材料杀人的案例。
    在美国军方的秘密实验中,因为纳米窃听装置注射入动物多次出现动物急性死亡。美国科学家通过动物解剖发现,这些纳米窃听装置堵塞脑部血管造成了血液凝聚和血管堵塞。动物也是由此而死掉的。关于纳米窃听装置所发电磁波对人体细胞尤其是脑细胞的损伤到底有多大,目前还不是很清楚。一些发展中国家对于纳米窃听装置的研究也是非常钟情的,但是,他们多数只是考虑窃听效果而基本不考虑由此给人所造成的死亡威胁。
    纳米窃听装置一旦堵塞人体脑部血管,那么就会造成人意外急速死亡。有人估计这种案例已经发生了很多起。而且,这种神秘死亡往往是不容易为法医所鉴定出来的。当然,也要考虑即使鉴定出来法医敢不敢说的因素。可以想象,这种科技文明一旦用于政权高度垄断统治的国家,那会出现什么样的情况了。那些具有思想独立性的人们将会在无所知觉的情形下首先被注射入纳米窃听装置。
    一些研究表明,不仅仅是纳米窃听装置在各个国家的军事科研部门作为重点考虑,而且还有许多纳米间谍器材正在开发中。如象纳米微爆装置,它可以通过极少量烈性炸药通过纳米控制器在人体最关键部位(如心脑部位)停留后爆炸,这样可造成人体血管破裂,导致人脑溢血或者心脏抽搐,从而使人员瞬间死亡。还有一种就是通过纳米器材放置入新研究出的超级神秘病毒,通过适时打开病毒导致人员死亡。这些纳米级准军事装置都可以通过针管注射入人体。纳米级军事器材一直非常神秘,也是不会有几个人知道的!至于通过芯片植入的器材设备还不算是最为先进的。
    欣喜的是,社会规律永远在起作用。当纳米窃听装置和纳米军事器材泛滥,而欲将社会每一个人作为数据进行选择管制时,社会就进入了一种新的不可逆变的运动态势中。这同历史上秦始皇熔销兵器、焚书坑儒一样,它不过是要销熔人的独立思考,但社会就是这样,有其自身的发展规律。一个国家的政权把掌者选择所有具有聪明才智的人群进行纳米规范控制,这国家必将快速沦落为世界上最为快速退化的民族。一个不可逾越的概率是存在的,那就是这个国家会在短时期内有一大批可能是引领世界科学和国家振兴的人才消失,并由此带来整个国家的消亡。公平而论,这样的国家和民族在世界上消失从长远来看也许并不是坏事。这反而会使得世界继续存在的国家变得更加具有道德感,更加负责任,更加尊重人权,人类也会变得更加进步。
    然而,世界并不平静,争夺资源的竞争日趋激烈。我们更为担忧的是,纳米军事技术不是一个国家在研究,而是所有有主权的国家都在积极研究。对这种技术的积累和研究就像第二次世界爆发前有些国家对军事装备痴迷一样。科学技术的发展一旦偏离正确的道德范围,世界无疑会面临一场全球化战争。而且,这种战争所导致的危害和对人类的伤害将远远超过第二次世界大战。我们所面临的问题不是简单的纳米技术,而是人类在纳米技

知道人羊吗?
3月末,当世界“诞生”了第一只拥有15%人细胞的羊被披露,引来学术界沸沸扬扬:这只半人半兽的东西,它还是羊吗?不少科学家忧心如焚:这个物种违背自然法则,挑战伦理底线,并极可能带给人类新的疾病,一言以蔽之:它将给人类带来无法预料的可怕灾难。
无独有偶,惊人眼球,在此前后有消息称:英国朴次茅斯大学凯斯·费尔曼博士等成功研制出DNA制动器或分子发电机。“这个史无前例的装置,在活的生物有机体和计算机之间建立联系架设了桥梁。它的应用前景令人异常兴奋。”这是否就是“人机”联姻的第一步?它的繁衍发展,又会带来什么全新的未知?


刚刚撩开它的面纱
今天,我们实在需要科普扫盲与去伪存真。
DNA制动器或分子发电机,名字够酷的,“在活的生物有机体和计算机之间建立联系”,这句话听着也挺神秘。记者在地铁二号线陆家嘴站随机采访,大部分人是一头雾水,但有些科幻小说看多了兼想像力丰富的人,一听到这个消息,一下子就联想到什么“人工智能”,“机器人统治人类”,对这个东西的前景,既兴奋又忧虑……“《黑客帝国》那部电影里,机器不是都不用电了吗?直接把人吊起来,后脑插根管子,一头联到电脑上,人给机器提供能量,这不就等于DNA发电吗?你说的那个东西是不是这样呀?”有个二十几岁的小伙子最有想像力,还别说,听着确实挺有道理。
“可以理解为生物直接提供动能,不过,这是在纳米也就是十亿分之一米级别的微观尺度上,平常意义的计算机是属于宏观尺度的,跟它搭不上界,更别说什么‘人工智能’了,就更风马牛不相及。”曾在美国宇航局长期担任纳米技术中心主任的韩杰博士说,这项研究属于生物纳米技术前沿,英国朴次茅斯大学是所名不见经传的二流学校,但却是这方面的佼佼者。他们所造出来的那个“DNA制动器或者分子发电机”,一般叫作分子马达。说它是“史无前例”纯属耸人听闻,2000年,贝尔实验室和牛津大学的研究者就已经成功开发了。
分子马达的制造,来源于现代科学对生命运动的认识。花是如何绽放的?人是如何跑动的?吃下去的食物又怎样化为机械运动所需的机械能?早在1944年,量子力学奠基人薛定谔在《生命是什么》一书中,就提出了生命运动是由分子机器来实现的假想。但直到最近十年,科学家才撩开这个机制的部分面纱:生物体内存在着天然的分子马达,通常是酶蛋白大分子。它们的运动与ATP水解发生偶联,ATP储藏的化学能就直接转化成了机械能。ATP是什么?学过高中生物的人都知道,ATP的中文名叫三磷酸腺苷,它是生物体内的储能物质。像人体内ATP的总量大约有0.1摩尔,其中的能量跑个100米就全用完了,如果还要跑,就必须由血糖在无氧状态下,迅速合成新的ATP提供能量。
无论是百米赛跑,还是DNA复制,生物体的一切定向运动都可以归因为分子马达的运动。“依靠先进的光钳技术,我们可以观察到分子马达的运动方式,不同类别分子马达的运动不一样,有的长了两条‘腿’,跟人一样迈步走,有的分成定子和转子,转子绕着定子做旋转运动。”上海交通大学机电设计与自动化研究所所长、博士生导师王石刚说。
发现分子马达的存在后,科学家马上想到:应该控制它,让它动就动,不动就不动。复旦大学先进材料实验室的副教授易涛告诉记者,现在常用的方式有三种:化学驱动、光驱动和电驱动。朴次茅斯大学造的那个,是电驱动的,易涛自己则是研究光驱动分子马达的,“方向不同,但殊途同归。”
那么,由人类控制的分子马达究竟又有何用?于是有了一个很诱人的前景:打造纳米机器人


真的会点石成金
无数科幻小说描写过这样的情景:一个很小很小的机器人,比你的细胞还小,所以就可以进入体内的任何一个细胞,如果给予指令,它就能在你的身体里随意活动,吞噬病菌,杀死癌细胞,或者干脆把基因中的有害部分给一刀“喀嚓”了……医生出诊,完全不用带什么药啊针啊,口袋里装上这么一大把的机器人,根据病人的情况,请他吞下一些机器人,或者从皮肤上切开一个小口子,把机器人送入病人的身体里,其他的事,让机器人自己完成。
这就是纳米机器人。目前人类还无法制造这么小的机器人,一部分原因是找不到足够小的动能装置。王石刚教授告诉记者,分子马达既然能把生物能转化为机械能,一旦被人类完美地控制,就完全可以充当纳米机器人的发动机。你也可以把分子马达看成一个最简单的纳米机器人,像一种长了两条“腿”的肌球蛋白分子马达,可以做线性推进运动,在人体内,它的一大作用是在细胞内搬运小泡等物质,理论上,如果再给它装个筐,它也能运我们想运的其他东西。
目前,科学家还在研究怎样把多个分子马达组合,或把它们和其他分子联系,组成一个稍微“复杂”的机器。在实验室里,科学家已经做成了由350个原子组成的螺旋桨、2.5纳米大小的升降机、3纳米的剪刀,这些都可以算是纳米机器人的雏形。当然,人类最终的梦想是让这个机器人跟宏观世界的机器人一样,完成任何复杂的操作。
这是个令人无比激动的远大前景———1959年,诺贝尔奖获得者、继爱因斯坦之后最伟大的理论物理学家费曼,曾做过一次名为《在物质底层有大量的空间》的演讲。他预言,人类可以把分子甚至单个的原子作为构件,在最微观的空间构建物质。这话有点专业。用通俗的话讲,人类可以制造出任何东西,比如,用适当的软件和足够的灵巧性进行武装的纳米机器人,真的会“点石成金”———把碳原子一个个组织起来,变成精美的钻石,它也可以把蛋白质、脂肪等分子一一组合,制成奶酪……
韩杰博士开玩笑说,做纳米研究的科学家“都特别心灵手巧”,这只是打个比方,是指他们的实验操作水平很高。但再心灵手巧,由于条件限制,把分子组装起来做机器人,成功率也相当低。对于科学家来说,有个好消息,未来的纳米机器人或许并不需要一个零件一个零件组装起来。有些生物分子拥有自组合的性质,比如构成生物膜的脂类分子,是一端亲水另一端疏水的双亲性分子,它们在水溶液中会自组合成双分子的层微囊泡。利用这种自组合性质,可以让纳米机器人自己完成零件组装。另外,一旦一个纳米机器人制造成功,生物的DNA还具有自我复制的特性,如果输入相关指令,由生物分子组成的纳米机器人就可以完成自我复制,从一个变为上亿个。

一本新书的预言
英国宇宙学家马丁·里马上就要出版新书《最后的世纪》。在这本书中,他预言,地球在未来200年内将面临十大迫在眉睫的灾难,人类能够幸免的机会只有50%。其中一大灾难,就是纳米机器人
这不是什么新鲜话,早在1986年,美国的未来学家德雷克斯勒在一本名叫《造物引擎》的书中就发出预言,能够进行自我复制的纳米尺度机器人,最后会失去控制,开始疯狂地复制自身,在很短的时间内就把地球变成一大团完全由纳米机器人组成的“灰色粘质”,一种像肥皂泡一样粘乎乎的物质。即使这样的场景不发生,纳米机器人暂时忘记停止复制也是件恐怖的事。比如,一个正在人体内工作的纳米机器人,忽然以比癌细胞扩散还要快的速度,把自己无穷复制,吞噬布满正常组织;一个发了疯的制造食物机器人,把地球的整个生物圈都变成了一块巨大的奶酪……为此,一些绿色环保组织呼吁:人类应该停止研究纳米机器人
“过去人们还担心,纳米机器人的某些分子是不是会遗留在人体内,从而造成不可估量的损害,对新技术的未来,总是有人充满恐惧。”王石刚教授说。
追根究源,我们最害怕的,还是纳米机器人不听人类的控制和指挥。这取决于融入了生物分子、或干脆就是生物分子组成的纳米机器人,会不会发展出自己的智慧。如果进化论是完美无缺的,如果人类的理性像达尔文所说,并非上帝所给,而是物竞天择的结果,那这并非没有可能:纳米机器人拥有DNA,可以复制自身,就好像原始地球的初级生命草履虫以分裂来繁衍一样,既然草履虫能够最后进化成人类,那纳米机器人会不会也进化出一个大脑来?
在微观层面上,纳米机器人正在打破生物和机械的界限,在宏观层面上,生命和机器天然的界限也出现了裂缝:瑞士洛桑理工学院亨利·马卡兰教授正在制造“人造老鼠大脑”,一个电脑模拟的大脑。经过艰辛努力,马卡兰教授已经制造出了一个模拟幼鼠一部分大脑的模型。而最近,他提出了更加雄心勃勃的“蓝脑”计划:2008年先用啮齿动物做实验,2011年后试图组装一个猫的大脑模型,然后可能还会模拟猕猴的大脑,最终希望在2015年制造出“人类大脑”模型。
芯片可以模拟神经元细胞的活动,机器就能获得生命,机器不会生病,不会死,相对人类更优越,有一天,机器会统治人类,人类则被机器驯养———这就是《黑客帝国》所讲述的人类未来,也是哲学家迈克尔·莱姆在其著作《虚拟现实的形而上学》所提出的问题。
科幻小说家阿西莫夫曾说,“科技发展到最后就是魔法。”每一种新技术的出现,似乎都包涵着无限可能,即使制造出分子马达的费尔曼博士自言,这项技术才刚刚开始,要达到最基础的应用,至少还要再等20或30年。但人类如何正确引导技术,已经成为许多科学家思索的问题。
未来究竟会怎样,什么样的结论似乎都还太早;
但可以肯定,人类的未来,只有自己才能决定。

物理学家总是模拟生物学原理制作各种灵巧的机器,这就是仿生学。仿生学是生物物理学的一个分支学科,它按照生物学原理提出设计原型,制造用于特殊目的的"功能器件"。 "纳米机器人"的研制属于分子仿生学的范畴,它根据分子水平的生物学原理为设计原型,设计制造可对纳米空间进行操作的"功能分子器件"。

  事实上,细胞就是一个活生生的纳米机器。酶是细胞中种类最多和最活跃的分子,每一个酶分子也是一个个活生生的纳米机器人。酶分子催化底物反应时,其蛋白分子不同结构域之间的相对运动就像是微型人在移动和重新安排底物分子的原子排列顺序。细胞中的很多结构单元都是执行某种功能的微型机器:核糖体是按照基因密码的指令安排氨基酸顺序制造蛋白质分子的加工器;高尔基体是给新制造的蛋白质进行修饰的加工厂;加工好的蛋白质可以按照信号肽的指令由膜囊泡运送到确定的部位发挥功能;完成了功能使命的蛋白质会被贴上标签送去被水解成氨基酸成为合成新蛋白的原材料。细胞的生命过程就是这样一批又一批功能相关的蛋白质组群不断替换更新行使功能的过程,这些生命过程所需的一切能量来自太阳。植物叶子中的叶绿体是利用太阳能制造粮食的加工厂;线粒体是把粮食中储存的太阳能释放出来制造成能量货币ATP的车间;我们每人每天都要消耗相当于自身体重那么多的ATP分子以支持我们的生命活动和繁忙的工作。细胞中发生的所有这一切都是按照DNA分子中的基因密码序列指令而井然有序地进行的。

  纳米技术可以仿照细胞生命过程的各个环节制造出各种各样的微型机器人,可以预料就在21世纪很多意想不到的微型机器人将出现在人类生活的各个方面,直接或间接地服务于人类。

  制造纳米机器人不是从单个原子堆积做起

  理论上讲纳米机器人是大量原子或分子按确定顺序聚集而成为具有确定功能的微型器件,但制造纳米机器人不一定是从"零"开始。机器人是由零件组装而成的,纳米机器人的零件可以是单个的原子或分子,但是更现实的是具有一定结构和功能的原子团或分子的集合。利用现实存在的功能器件组装纳米机器人比从一个原子一个原子地构建机器人更为现实可行。生物分子是自然界存在的最丰富的构建纳米机器人的零件的来源,现实可行的途径是按照分子仿生学的原理,利用大量存在的天然分子原器件,设计组装纳米机器人。下面列举几种研制纳米机器人的可能途径:

  1.化学模拟

  化学家很早就开始模拟酶分子的活性中心结构制造"模拟酶",这实际上就是在研制纳米机器人,因为每一个酶分子都是一个活生生的纳米机器人。但是化学家只模拟了酶活性中心功能基团在空间位置上的配置,而没有模拟出功能基团在催化底物反应时出现的动作,这种动作应当足以打开一个化学键或者合成一个化学键。因此,化学模拟还有很长的路可走,一旦模拟出具有催化动作的"模拟酶",化学合成的纳米机器人也就诞生了。

  2.利用分子的自组合原理装配机器人

  生物分子在各个层次上存在着自组合的性质,利用分子的自组合特性装配纳米机器人是一个值得探索的途径。比如构成生物膜的脂类分子是一端亲水另一端疏水的双亲性分子,它们在水溶液中会自组合成双分子层微囊泡,科学家利用这种微囊泡把抗癌药包裹起来,避免药物对正常细胞的杀伤作用。为了使包裹了抗癌药物的微囊泡能识别癌细胞,科学家利用了抗体分子对抗原分子的专一识别作用,把一种专一识别癌细胞特有抗原分子的抗体分子装在微囊泡表面,如此制成的药物载体如同"生物导弹",可以专一地识别和杀死癌细胞。这不就是纳米物理学家倡导的定向杀死癌细胞的纳米机器人吗?

  3.利用生物分子作为分子功能器件组装纳米机器人

  ATP酶作为分子发动机的研究已经在西方形成热点领域,日本和美国双方已经呈现出强烈的对峙竞争局面。分子发动机问世的意义决不仅仅是制造一种纳米机器人的动力装置,而是开辟了一个新的探索领域,这个领域就是研究生物分子作为微型机器人原器件的可能性。原则上所有的生物分子都是纳米机器人或组成纳米机器人的零件,生物分子的自组合性质就是零件组装的原理依据。因此,开展生物分子作为纳米器件特性和组装原理的研究应当及早倡导和支持。

  呼吸链酶系是研究生物分子纳米器件和组装的好材料ATP酶在生物体内是执行能量转化的关键分子之一,它和呼吸链酶系共同组成线粒体的能量转化体系。线粒体的功能是把储存在食物中的太阳能取出来制造机体需求的"能量货币"ATP,在生物体内是呼吸链酶系推动ATP酶制造ATP。如果把ATP酶看作是一部马达,那么呼吸链就如同连接马达和电源的导线。与导线不同的是,呼吸链传递电子是通过几个生物大分子的氧化还原变化而实现的,这些大分子被称为复合物I(NADH-泛醌还原酶)、复合物II(琥珀酸-泛酮还原酶)、复合物III(泛醌-细胞色素C还原酶)和复合物IV(细胞色素C氧化酶),它们按照氧化还原电位的高低有序地把底物电子逐一传递,最终把电子传递给氧。作为分子马达进行研究的ATP酶实际上被称作复合物V,它和呼吸链的四个复合物共同组成线粒体的能量转化体系。呼吸链四个复合物进行的电子传递是一个放能的过程,放出的能量用于推动复合物V(ATP酶)制造ATP。

  呼吸链酶系可以作为开展纳米器件特性和组装规律的典型研究材料,它具备以下几方面的优点:

  (1)呼吸链酶系一直是研究生物能量转化机制的典型实验材料。 呼吸链酶系是研究生物能量转化规律的典型实验材料,国内外科学家对它已经研究了近半个多世纪。可以预言:将来制造直接利用太阳能合成面包的纳米机器人很可能要遵循从这个酶系统总结出来的原理和规律而进行组装。

  (2)呼吸链中的两个关键酶(复合物III和IV)都有了晶体结构解析的结果,其分子内的电荷转移中心结构清楚,并有大量溶液结构研究数据可参考。

  (3)最近我们将纯化的细胞色素C氧化酶(复合物IV)制作成固态薄膜并研究其分子内电子转移特性,发现其分子内的电子传递活性依然完好,而且其电子转移规律和文献中对该酶溶液状态研究的结果很一致。有趣的是发现制成固态薄膜的该种酶,其分子内的电子传递活性具有"电子开关"的特性,这为该种酶作为纳米器件的研究打下了基础。这种研究应该说是我们首先开始的,到目前为止尚未见有过类似的文献报道。

  (4)呼吸链四个复合物中的每一个单体酶的分子内部都有各自不同的电子转移中心,它们多数是金属中心,或是某些氨基酸的功能基团。研究分子内电子转移中心的相互关系和电子在其间转移和驻留的规律,有可能发现它们具有的"分子功能器件"的特性。这种研究有可能打开一扇门,使我们看到很多生物分子所具有的纳米器件的特性,这些知识的积累将会产生组装纳米机器人的新思路。

  (5)呼吸链四个复合物可以分开制成单体酶,也可以重组合制成不同的呼吸链片段,这为研究纳米器件的装配规律提供了便利。

  纳米科技时代需要新型科技人才和新的管理模式

  研究生物分子作为功能器件以及利用生物分子功能器件组装纳米机器人的原理和规律是一个前瞻性的研究,这里需要的是创新的思想和勇敢的探索以及新知识的累积。要有很多新型的人才在这一方向上进行创造性地开拓,因此,新型的纳米人才应当具有多学科交叉的知识和经验。更需要一大批新型管理人才,他们善于在各学科的交叉中有机地组织各方面的专家进行有效的合作。

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