纳米技术系列报道之四：微型化可能引发新一轮工业革命（上）

【美国《时代》周刊１２月２日一期文章】题：微型机器小人国
克里斯·皮斯特并不在意客人参观他设在加利福尼亚州伯克利的实验室，只要来客能遵守实验室的规定：不要踩那些形似昆虫或者像昆虫一样在地上爬来爬去的小东西——因为这些小东西很可能不是昆虫。
这些小东西不属于任何物种。这位加利福尼亚大学的工程师预计，他将在几个月内用这堆微型铰链、齿轮和发动机组装成一个蚂蚁大小的人造昆虫。皮斯特说：“我们就要成功了。我十年来关于微型机器人的全部梦想即将成为现实。把所有部件装配成一只人造昆虫仍然是一个艰巨的挑战，然而在这个阶段，已没有什么基本的科学问题需要解决了。”“小”不仅仅是美
皮斯特只是全世界成千上万潜心研究微型机械的科学家和工程师中的一位。这些人坚信，“小”不仅是美丽的，而且是未来科学技术发展的趋势。日本已用极微小的部件组装成一辆只有米粒大小、能够运转的汽车；与此同时，公立和私立实验室的工程师们制成了直径只有一两个毫米的静电发动机；体积只有常规机器万分之一、能够运转的车床以及直径仅５．５毫米的“尺蠖”——有朝一日它也许会钻进核工厂的管道系统检查管道是否有裂缝。德国工程师制成了一架只有黄蜂大小和能够升空的直升机、肉眼几乎看不见的发动机以及供化学行业使用的火柴盒大小的反应器。
更加引人注目的是，科学家已开始用光刻技术制作硅片，从而造出微型电子机械系统。这些装置把电路和运转着的机器合装在一个微型硅器件上。发明者相信，这些装置最终将像目前的硅片一样普遍。几种基本的微型电子机械系统已经在美国、日本和德国广泛使用；包括在上百万辆汽车里安装的一种细如发丝的传感一致动器，当它“感觉”到撞击时，就会打开保险气袋。可能引发一场工业革命
研究人员感觉到微型装置潜力巨大，他们几乎抑制不住激动的心情。日本政府设立的微型机械中心行政负责人广野孝之预言：“我们正走向另一场革命，这场革命可与１８世纪的工业革命比肩。”各国领导人没有忽视这种潜力。日本为一个为期１０年、耗资２．２５亿美元、有２６家公司参加的微系统技术研究项目提供资助；德国联邦政府则每年拿出６５００万美元支持微系统研究；美国国防部通过高级研究项目局每年拨出３５００万美元用于微系统研究。
德国美因茨显微技术研究所负责人、物理学家沃尔夫冈·埃尔费尔德骄傲地望着他那架形似香蕉、双发动机、重量不到半克的直升机升到１３０毫米的空中。埃尔费尔德说：“当然，这是个滑稽的玩艺儿，但它其中包含着严肃的目的。这架直升机表明，制成高性能的发动机是可能的。到那时候，这类东西就不再是玩具了。”微型发动机应用前景广阔
埃尔费尔德相信，这种只有削尖了的铅笔头大小、每分钟转速高达１０万转的一伏特发动机最终将推动电子显示器、手表、摄录机和激光扫描器的发展。他说，这种发动机最早可能用于显微手术仪器。加利福尼亚大学的皮斯特也看到了他的人造蚂蚁的发展前景。他说：“我看到了未来的微型机器人工厂，这些机器人在不停地为我们制造电子产品。”他指出，目前的民用电子产品中的微小部件往往还是手工组装的，因为目前的自动设备还不能完成这类工作。他说：“这对于我的人造昆虫来说则是轻而易举的事。”
同德国美因茨显微技术研究所的埃尔费尔德一样，皮斯特也看到了微型机械在医学领域具有广阔的应用前景。他希望与其他研究人员合作制造出宽度只有几毫米的人造手，可以把它安装在内窥镜中插入病人体内。这个小小的机械手可以在虚拟现实手套中模仿医生的手的动作。
皮斯特解释说：“我们需要做的只是把体积很小的压力、温度传感器放入那只微型机械手中，并把信息回传给医生。所以当医生‘抓住’某样东西时，他就可以感觉到这个东西是否很热或很硬等等。”
东京大学从事机器人研究的工程师三浦广文正在制造飞行高度可达几厘米的硅微型昆虫。他说：“我们有必要像控制牛和马那样控制昆虫。但是，既然我们不能控制真正的昆虫，我希望做出一种人造昆虫。”他解释说，可以利用这种昆虫对温室里的花进行人工授粉并杀死吃庄稼的害虫。
然而，在他的目标实现以前，三浦必须为使他的人造昆虫能飞设计另一条途径。他目前制造的昆虫只有在实验室的交变磁场中才能起飞，交变磁场使０．２毫米宽的镀镍翅膀扇动起来从而带动人造昆虫升空。
随着工程师们设计的机器越来越小，他们逐渐发现对大型装置想当然的物理特性在微型机械的世界里却根本不适用。皮斯特说：“当你把每个部件都缩小后，体积和重量等几乎变得微不足道，但是与表面相关的东西——比如表面张力和摩擦力——就显得极为重要，甚至起首要的作用。”（上）