- 工业纳米机器人：用于精密制造（如芯片原子组装）、微纳加工（如纳米刻蚀）。
2.3 核心特征
纳米机器人的核心特征体现了其与宏观技术的本质区别，也是其实现颠覆性应用的基础：
1. 尺度效应：纳米尺度下材料的比表面积显著增大，使其具备更强的吸附能力（如对肿瘤细胞的靶向识别）和更高的催化效率（如污染物降解）；
2. 生物相容性：生物基纳米机器人可避免人体免疫排斥反应，为体内长期作业提供可能；
3. 精准操控：通过外部物理场或生物信号调控，可实现纳米级精度的运动与作业，如在单个细胞内释放药物；
4. 集群协作：单个纳米机器人功能有限，但大量纳米机器人可通过群体智能实现复杂任务（如协同清除血管内血栓）；
5. 自组装能力：基于DNA、蛋白质等生物分子的自组装特性，可实现纳米机器人的大规模低成本制备。
纳米机器人的关键技术体系
纳米机器人的实现依赖于多学科技术的协同突破，其核心技术体系包括材料制备、驱动系统、传感单元、控制策略与能源供应五大模块，各模块的性能直接决定了纳米机器人的功能与应用场景。
3.1 纳米材料制备技术
材料是纳米机器人的物理载体，其性能（如尺寸、形貌、生物相容性）对机器人功能至关重要。目前主流的制备技术可分为“自上而下”与“自下而上”两类。
3.1.1 自上而下的微纳加工技术
该技术以宏观材料为起点，通过刻蚀、切割等方式将其加工至纳米尺度，适用于无机材料的制备：
- 电子束光刻（EBL）：利用电子束在光刻胶上绘制纳米图案，精度可达10纳米以下，可用于制备金属纳米电极或半导体驱动结构，但成本高昂且效率低，难以大规模生产。
- 聚焦离子束（FIB）：通过离子束溅射材料表面形成纳米结构，可直接加工三维立体结构（如纳米齿轮），常用于原型机研发。
- 纳米压印光刻（NIL）：将模板图案压印到聚合物材料上，实现纳米结构的批量复制，成本低、效率高，已用于碳纳米管阵列的大规模制备。
3.1.2 自下而上的自组装技术
该技术利用分子间相互作用（如氢键、范德华力、碱基互补配对）使基本单元自发形成有序结构，是生物纳米机器人的主要制备方式：
- DNA自组装：基于A-T、C-G碱基互补配对原理，可设计出复杂的二维或三维结构。2006年，加州理工学院保罗·罗特蒙德团队首次实现“DNA折纸术”，将长链DNA折叠成预设形状（如笑脸图案），精度达5纳米；2020年，中国科学技术大学团队利用DNA自组装构建了可动态变形的“纳米机械臂”，能抓取单个病毒粒子。
- 蛋白质自组装：利用蛋白质分子的空间结构互补性实现组装，如肌动蛋白与肌球蛋白的结合可形成具有运动功能的“生物马达”。日本东京大学团队在2017年利用细胞骨架蛋白制备了“纳米步行器”，可在微管表面定向移动。
- 超分子自组装：通过非共价键（如氢键、疏水作用）使小分子形成有序聚集体，如两亲性嵌段共聚物在水中可自组装成纳米囊泡，作为药物载体时具有良好的生物相容性。
