分子尺度的机器可以提供许多惊人的好处，从器官再生直至环境复原。但是，有一天它们也可能取代人类，成为统治地球行星的力量。

过去几年，在梦想制造分子尺度控制事物的机器方面已经有了若干突破。现在，我们需要严肃思考这些机器将要带来的良机和危险。

在自然界里，分子机器早已存在。动、植物按最低水平来描述，就是这些“毫微机器”的组合体（1毫微米等于1米的10亿分之1）。这些毫微机器中最突出的当然是DNA、RNA以及辅助细胞再生与修复和辅助制造蛋白质的酶。

已经有几种能完成某项主要任务的分子机器，例如攻击病菌的人造抗生素。当我们能够制造出新型毫微机器，像DNA和它的伴生酶那样，可以根据储存的指令或控制输入来完成各种各样任务时，就会出现真正的突破。

然而，分子机器未必是崭新类型具有毫微技术资格的分子。DNA和生物过程在单分子水平上得到控制也是符合要求的。照此，生物技术可被认为是与亳微技术一致的，确实毫微技术可以是实现研究人员探寻的生物技术所必需的。

我们还可把诸如在单原子和分子水平上工作的扫描——探测显微镜这类装置看作毫微技术，尽管它们本身既不是分子尺度的计算机，也不是分子尺度的自动装置。如果有适当的经费，研究人员不久就会按照用户要求制造出可以储存与处理信息以及操纵或制造其它分子（其中包括复制本身）的单分子。这种情况也许在本世纪末以前就会出现。

此时我们不可能说出这种毫微技术可能带来什么结局。有些人已经暗示：它将带来“经济学寿终正寝”，从此进入一个奇迹般新事物几乎层出不穷的时代。很可能，我们无法明显改善自然界地球碳基生命已经达到的状况，至少在地球条件下是如此。然而，人们不得不相信，当我们能够控制住每种原子在小到分子大到人类甚至行星这些结构中的精确位置时，我们或许会做得更出色些。

潜在的好处

通过分析假如我们能在原子尺度上控制住结构制造，现有技术有可能怎样发展，我们便会明白分子机器的某些可能性。下面是毫微技术可能带给我们的数不尽的未来的产品、工艺技术和有用特性中的几种：

· 纯度毫微技术基本好处之一或许是能够制造出极纯的材料，确实在制造期间是纯得完美无缺。这对于毫微制造业本身来说是重要的，但是它对于在常规加工中为各种目的而使用的器材而言也可能是重要的。另一种可能性就是制造出杂质含量得到精确控制的材料，例如半导体中的掺杂剂。

·完美性第二点好处或许是能够制造出不仅纯而且无结构缺陷（例如，在大晶体中出现的不均匀性）的材料。毫微机器还可用来制造用其它方法难以形成大晶体的大型单晶体材料。其成果可能是强度高得多的材料以及能在更高温度下工作或者是对活性化学物质耐性更大的材料。

· 防污染毫微机器可以清除废水中几种有毒化学物质中任何一种。它们甚至可从核废物中提取特种同位素，例如放射性同位素，从而解决核废物低永平处置问题。

· 提取和回收毫微机器可以回收用其他方法可能散失到环境中去的微量材料，或者它们可以经济地从低品位矿石、土壤或水中提取微量材料。这亦可使低成本循环使用从废水至固态工业废物的几乎任何一种物质成为可行。

·检测和分析亳微机器也可用来简易地检测各种微量材料，或者对复杂材料（例如生物标本）在不破坏它们的情况下进行全面的定量分析。它们可用来制造超级嗅觉器，检测从毒品、炸药直至工厂泄漏等各种东西。

它们还可用于研究其它复杂分子的结构和特性，因此有助于发现我们想要制造的新分子。设计出能够执行特殊任务的分子绝非轻而易举之事，可以利用毫微机器帮助我们做到这点。

·效率毫微机器的一个基本好处或许是无需涉及到难以创造、保持和安全使用的条件（例如高温、高压或使用危险试剂）的各种制造过程。这还将意味着：产品可按小批量生产，不需要大型、昂贵、可能要求整个工业界开发、制造和维修的工艺装备。这可以大大减少开发和生产新产品的时间和成本，并且有可能制造出目前市场上紧俏的商品。

分子机器亦能用于把能量从一种形式转变成另一种形式，只有少量废热和无用物质。例如，它们有可能制造出袖珍型廉价的燃料电池，以比目前可能达到的高得多的效率，把燃料变成电能。其成果可能是不需要可充电蓄电池而只用几种燃料中任何一种就能行驶以及不管什么情况都不会产生排放物的电车 · 分子机器还会产生一些废热，尽管比传统过程产生的少得多。

人造毫微机器或许会大大超过生物亳微机器所达到的成就，其理由就在于，大多数处于分子水平的生物过程仍然依赖于分子在溶液中的随机运动把分子结合在一起而产生反应。这种运动，称为布朗运动，对于大多数生物过程来说，是足够快的，但是可以想象到毫微机器始终能够保持着对每个分子的有效控制 · 这种在分子水平上的控制水平有希望向我们提供比目前化学过程和生物过程更有效更迅速的过程——高达几个量级?

· 速度分子机器可能是高速度的！它们每秒钟能完成数十亿次操作。若有足够数量分子机器在工作，目前要几天或几个月完成的事情，有可能在几秒或几分钟之内完成，主要限制因素是把能量和材料传送到正在制造或使用的东西的速度以及消散废热的速度。

毫微技术可以导致奇迹般地缩短产品从设计阶段转到大批量生产所需的时间。在投产之前，不必制造昂贵的专用的工艺装备。新型飞机的设计师们在完成他们的设计之后几小时或者几天之内就可能看到工作样机，接着他们就可以对样机进行试验，从而改进设计。每架飞机都可以根据不同设计予以定做，不会有非标准零件问题。

·制造可以设想：几乎任何物体都可以依靠合理地向成套可编程序的分子机器提供必要的化学成分的流量制造出来。与传统的技术相比，这种工艺潜在的一种差别就是物体不必受种种形状限制，目前这些形状都是用传统刀具（例如钻头、模具和车床）制成的。许多物品，目前必须先制成若干单独零件然后把这些零件装配起来，但在使用分子机器情况下，便可制成为单一的无缝的构件。

·修理分子机器可以做修理工作，其范围从消除发动机零件的腐蚀损坏与细小裂纹直至医治变质病患者。毫微机器可以依靠增添、移动或重排原子来改变物体。

· 修复分子机器可以用来修复损坏的器官，制造整容变体，或者向人们提供全新的具有惊人本领的配件。失去的肢体可以再生。有缺陷的眼睛和耳朵可以恢复到理想的功能，甚至还会提高。

我们可以使自身能够：几乎百分之百地吸收食物，再循环利用排泄物，产生诸如维生素之类的必要营养素，或者在水下呼吸。我们可以把大功率超级计算机装进头部，其中含有人类积累的全部知识，并且让这些计算机沿着使它们像任一神经元那样可以达到的途径直接接到头脑中。

·品性分子机器可以用来读出人脑内容及其品性，将这种信息传给体外存储媒体，然后写出一份或多份该记录的复印件给另一个脑子（或是生物的，或是计算机）。将这些品性加以编辑，以纠正缺陷，清除不必要的记忆，或改善不足之处。这可使得有用品性永远存在下去。

我们还希望能把我们的品性传给某些其它形式有机物，例如极小的毫微机器，或者也许传给其它生物形式，例如鸟或昆虫。可把若干人类品性结合起来，形成新的融合的品性，它汇总了组成这种新品性的所有人的知识和智慧。我们可以使其它有机体达到相当于我们自身的智力水平，或者我们可以创造出具有新智力的有机体，不过亦许具有截然不同的思考、感觉和行为方式。

·信息处理分子逻辑器件可能比现有半导体器件小几千倍，但是由于它们可能是三维的而不是二维的像半导体那样的器件，它们可能要快1000倍，并且具有10亿倍于目前类似尺寸的微处理器和随机存取存储器芯片的容量。

这些器件用不着像目前半导体器件那样受到尺寸限制。对于直径大约大于10厘米的器件来说，光速极限使它难于成为内部同步的，但是几乎任何尺寸的异步器件都是可以制造出来的。

这些器件的大量并行阵列可用以解决目前远远超出我们能力的种种科学和工程问题。这些问题中最重要的亦许是设计出更多更好的分子机器。

此夕鉴于成本低廉，可以赋予每个人这种能力。每个人可能拥有一台比今日计算机功率更大的私人计算机——通讯机，其中存有世界上所有图书馆的全部资料。

· 通讯分子机器不仅可以控制单个电子，而且可以控制单个光子，使得平板能起全息照相机和显示器的作用，全彩色，立体，具有原来物体的清晰度。用高频带宽电缆把二个这种器件连接起来，它就像是把一块玻璃分割成两片，使它们分开，它们之中每一片就会显示出在另一片的“另一侧”上的情况。

这些系统相互连接所用的电缆可由小白蚁状拿着毫微机械的机器人来敷设。机器人挖掘小隧道，穿过松土、岩石和墙壁，利用适用的器材拉电缆通过现场或者在现场制造电缆。在几年内，这些机器人就可以敷设光缆，把地球上每座房子和每个办公室都连接起来，从而把每个人都连接到巨大行星网络中去，共享信息和进行超前处理。

·环境分子机器可以用来使自然环境恢复到它们原先状态，使荒地变是田，或者使不可居住的行星变成可居住的。不仅在污染物被排入环境之前，就是在排出之后，都可以把它们从器材上清除掉。这可以采取经过特殊修改或改进的有机物形式，当应用于自然生态系统时，它们就会清理环境。甚至可以把它们编进某种食物链中，每一级，都把污染物加以浓缩，直到在最后一级，最高级有机物把它的污染物载荷送回实用部门为止，重新利用它，绝不会再把它排放在原先地方。

·物种毫微机器可以跟踪与读出目前活着的每个物种的基因组，记录它的基因组，将此记录传送到中央博物馆。此后便可以利用基因组记录去再造物种，并且重新住进遭受破坏已经修复的环境。

· 运输由于低成本挖掘隧道的机器人能够挖掘隧道、安装壳体、铺设轨道和做其它必要的事情，城市间高速地下铁道火车可以成为现实。可以利用分子机器设计、制造和控制这种机器人。

潜在的危险

分子机器潜在危险中大多数都有一个共同的主题：毫微技术可以使几乎任何一个人都很容易干坏事。下面是其中一些：

·毁灭性装置低成本分离同位素的能力使某些人很容易提炼可裂变的铀235和钚239，从而制造出核弹。

· 新的竞争者毫微技术可以产生一种能够压倒地球上所有其它生命的新的生命形式，从而以一群毫微机器去取代它。有时这被称为“阴雾”情景。它可以采取新病菌形式，消灭掉全部物种，其中包括人类。它也可以不是简单地杀害我们。它可以按照激烈或者微妙、可怕或者慈善的方式，从生理上或者心理上改变我们。某一种族可能设想传播某种疾病，有选择地只攻击某一敌对种族的成员。

· 过剩大自然企图使人类生活在与供不应求作斗争的环境里。让人们很容易地满足他们的每一种愿望，而大多数人则不会过得很好。许多人将腐化堕落，而使其余人伴随着他们。毫微技术也可以改变或消除社会的和经济的相互依赖关系，使文明成为可能，使生活过得有意义。

我们面临的百万个问题中，有许多不依靠毫微技术就不会得到满意地解决

人类的未来

毫微技术有可能从根本上把我们将来的生活环境改造成我们今日无法适应的环境，但是它也将使我们能够从根本上把我们自身变成能够适应新环境的另一种东西。此产物在大小、外观、能力或价值方面未必与人类相似。

毫微技术正在来临。我们无法阻止它。有人试图利用它。尽管它具有危险性，但是目前我们面临的百万个问题中有许多如果不依靠毫微技术就不会得到满意地解决。我们正在被历史和自身推进到一个陌生的新世界，在这个新世界里没有一件东西（其中包括我们人类本性）能够保持不变。人似乎注定是一种短暂现象。

分子机器有可能作为新的生命形式在历史舞台上迅猛发展起来，不仅能够通过偶然变异和竞争选择阻止进化，而且能够慎重地设计它们的子孙后代。这些机器可以在几分之一秒之内经历许多代的演变，达到我们无法想象的物质丰富和文化兴盛的高度。

如果有幸的话，或许我们的继承人将是我们能够赞成的人或物，它将保存和发扬我们具备的最佳素质、我们取得的辉煌成果和我们遇到的美妙情景。

（The Futurist，1991年3~4月）