英国剑桥大学研究人员2日报告研制出世界上最小的发动机“蚂蚁”，并认为这种发动机将来有望用于各种纳米机器，包括在人体内部工作的医疗机器人。

据研究人员发表在新一期美国《国家科学院学报》上的论文，该装置由凝胶状聚合物包裹带电金纳米粒子形成，利用金属颗粒的分子间作用力（又称范德华力）进行工作。

室温下，该聚合物在水中充分伸展，金纳米颗粒之间由于静电作用相互排斥。但当温度升高到32摄氏度以上，该聚合物突然收缩，金纳米颗粒在水中发生聚集形成一个大的聚集体。当温度再次降到32摄氏度以下，聚合物遇水膨胀，此过程会产生巨大驱动力，大的聚集体像爆炸那样瞬间分裂成许多金球。

“这就像是爆炸，”论文第一作者、剑桥大学卡文迪什实验室的丁涛说，“当水分子让金颗粒周围的聚合物膨胀时，数百个金球在百万分之一秒内飞散开来。”

丁涛称，此前，人们制造出一系列微型引擎，但是它们响应速度慢，驱动力小；而他们的引擎把范德华力以弹性势能的形式存储在温度响应性聚合物之中，可以通过温度变化或者光热驱动，具有响应速度快、驱动力大的特点，克服了传统微型发动机的瓶颈。

“就像真正的蚂蚁一样，它们能够提供比自身重量大得多的力量。智能的部分是我们利用重金属微粒的范德华引力将聚合物和水分子的力量释放出来，这具有很强的可逆性和可重复性。”剑桥大学教授、该项目带头人邦伯格教授说。

依据论文，“蚂蚁”原型引擎可用激光来控制系统的温度，但也可采用其他机制。临界点也可调整，比如把能量释放点设定为接近37摄氏度——人体的正常温度。

丁涛说，短期来看，该研究成果可用于控制微流体阀门的开关、生物检测以及药物筛选；长期来看，它可用于纳米机器人进行纳米医疗以及微纳机电系统等领域。总之，这种微型发动机有可能成为各种纳米机器的重要动力源泉。综合新华社等

靠光驱动的“蚂蚁”发动机

“多年来，大家一直在谈论制造纳米机器人，但它们仍未问世。为什么呢？这是因为直至今天，我们仍无法让纳米机器人在液体中移动——分子力太强了。”

——剑桥大学教授、该项目带头人杰里米·邦伯格

【名称】纳米换能器（英语缩写Ant，即蚂蚁）

【组成】微小的带电金粒子与感温凝胶状聚合物

【大小】每个颗粒直径约为0.06微米（相当于人类头发宽度的千分之一）

【工作环境】水或水状环境

【感应温度】32℃

【感应时间】10-6秒

【释放力量】（微观上）单位重量推力相当于任何已知马达或肌肉的100倍

【应用领域】控制微流体阀门的开关生物检测药物筛选医用纳米机器人微型机电系统

“蚂蚁”如何工作

通过激光照射，装置吸收并储存能量，当温度升到临界温度32℃以上时，聚合物排出水分收缩变小

当温度降到32摄氏度以下时，冷却后，聚合物迅速吸水膨胀，金纳米颗粒飞速弹射分开

纳米发动机

释放的能量

可推动

纳米机器人

在人体内

移动前进

装置由微小的带电金粒子打造，与感温聚合物以凝胶的形式一起泡在水里

原始状态的自由聚合物

“蚂蚁”的动力来源——范德华力

范德华力是存在于分子间或原子间的作用力，虽然微弱却不可忽视，对于物质熔点、沸点、形态等有直接影响

形式：既有吸引力也有排斥力

特点：相对分子（原子）质量越大，范德华力越大

应用：研究大分子多功能材料、新药物的性质

通过识别范德华力大小来区分混合物种类

用很干净的玻璃板水平接触水面，稍稍用力向上拉玻璃板，会发现弹簧测力计的示数增大到一定程度时，玻璃板才能脱离水面

说明分子间存在着引力

整理/康克兢制图/方磊段莉莉