21世纪20年代,你可以在网上为一台个人计算机购买一种“诀窍”,用来将塑料和导电分子插进你的“毫微箱”(“nanobox”)中,并使其启动一台计算机。
物质将会变成软件。这并非是打印上的错误:物质将会变成软件。其结果,我们将不仅能够利用互联网下载软件,而且也能够下载硬件。五角大楼资助的设在Mclean Va的一个研究中心——迈特公司的毫微技术负责人詹姆斯·C·埃伦博根作出以上的预测。
毫微技术是一种能制作比几百毫微米或几十亿分之一米还小的物件的工艺,它的尺寸只有几个原子串连在一起的长度。将自动装配完成的组件做到这样小的尺寸,对制造业来说其用意是十分明显的:使整个生产部门都发生翻天覆地的变化。它可能在21世纪前10年内从半导体开始,然后扩展到其他的精细产品,如像移动电话。
埃伦博根就他提出的“物质可变成软件”的设想举了一个颇具说服力的案例。“设想一下当你今天在下载软件的时候会有什么样的事情发生,”他解释说。通过改变分子簇的磁性,“你可以在磁盘上重排物质结构”。如果计算机内部结构不再大于这些分子簇,你就可以在磁盘上重排分子以构制芯片。目前,研究人员正在忙于开发制作针头般大小的计算机的技术,“而且这些毫微计算机的位数和构件数都要比目前我们通过操纵来存储磁盘驱动器上的信息的机械结构要小得多,”埃伦博根说。“因此不久的某一天,我们就能够从互联网上下载硬件,就像我们现在可以下载软件那样。”
需要新型的磁盘驱动器来实际做到再现某些硬件下载。一种构想是用一簇极细微的针尖来制作一种读写磁头,以便通过这种或另一种方式来激发原子和分子。以斯坦福大学卡尔文 ·F·夸特和康乃尔大学诺埃·C·麦克唐纳为首的两个小组正在开展这方面的工作。他们在10年试验的基础上,利用扫描隧道显微镜的尖端和相关的设备来使原子转动。这方面工作取得的第一项成果是在1990年,加利福尼亚州圣何塞市的IBM公司阿尔玛登研究中心的一名物理学家唐纳德·M·艾格勒用35个氙原子在一块镍板上写出了"IBM"3个英文字母。
“一旦我们掌握了制作比盐粒还要细小的计算机的技术,”埃伦博根说,“我们的情况就会发生根本性的变化。”微型计算机将变得非常便宜,因此到处均可采用。装在女式贴身内衣裤中的一台微型计算机将告诉洗衣机水温应该是多高:当圆珠笔中的墨水用到很少时,它就会闪烁发出警告;你脚上穿的鞋可以让你的小汽车知道你已经坐进了车子,于是它就会调节座位和反光镜井把车门关好。
复制车间(Copy Shop)
毫微箱将在物质即软件(matter-is-software)这场“球赛”中赢得大满贯。这是一种未来的复制机,它将毫微技术加工与现今的所谓台式加工方法结合在一起,主要用来快速开发新产品样机。如果你想要一种新型移动电话,你就可以从互联网上购买一种诀窍,它会告诉你如何将一片塑料和喷射的导电分子塞进“色粉”套筒。毫微箱可以使塑料片来回运动,形成各种分子花样,然后指挥它们将自己装配成电路和一根天线。下一步是利用不同的“色粉”,毫微箱就可以增加一个键垫、话筒和麦克风,最终构成一个整机。
不要指望这样一种新发明在2020年以前就会实现。下载毫微大小的计算机电路的第一批试验,远不会在2005年以前进行。在其后的10年,毫微加工系统可能会成为“书写材料”,首先是生产毫微芯片。
朝这一目标迈进的具体进展来自今年7月被称作分子电子学的毫微技术分支的工作。洛杉矶加利福尼亚大学和休利特-帕卡德实验室的一个研究小组发现了一种通过分子自组构成的所谓逻辑门。下一步,这个小组将把线路缩小到芯片上,旨在生产出“长度在100毫微米范围内”的芯片,HP实验室的一名研究人员菲力普·J·库克斯说。“为什么目前芯片制作的成本会如此之高”,他补充说:“其原因在于要求极高的机械精度。如果采用化学方法,我们就能够像柯达制造胶片那样生产出长卷的芯片,你只要将它们切割成微小的小方块就行了。”
这种设想已经引起华盛顿的注意。7个月之前,国防超前研究计划署提出了一项“分子电子学”计划,看来国会极想花大钱用于毫微技术研究。一项计划打算在今后3年中将目前的预算2.32亿美元翻一番。白宫也可能会同意这样做,因为它已经把毫微技术列为11个重大研究领域之一。
再回过头来看一看迈特公司的进展情况。8月中旬披露的埃伦博根研究小组的最新成果是,设计出了一种微型机器人,用来帮助装配毫微米加工系统。目前使用的机器人一边的长度约为5毫米或1/6吋。然而如果这种机器人用毫微技术来制造,它们的尺寸就会做得越来越小,最终变得比尘粒还小。
这种十分微小的机器人,有可能实现K·埃瑞克德列克斯勒尔关于能够操纵单个原子的机器人的梦想。这位加利福尼亚州帕罗阿尔托市预测研究所创始人在他于1986年出版的具有创新性的《创造的动力》一书中,描绘出一幅关于毫微技术的潜力的引人入胜的图画。德列克斯勒尔开辟了毫微技术的时代,并激发起人们这样的想象力,如像用一支肉眼看不见的毫微机器人队伍,在地毯和搁板上巡游,去除其灰尘使之变成原子,而这些原子又可以重新组合成餐巾、肥皂或任何其他的东西,包括毫微计算机在内。
一个原子、一个原子地制作计算机,还只不过是一种遥远的梦想。但埃伦博根希望能很快获得成果。“因此,近期内我将赌注押在分子电子学上,”他说。这看来就像是一场“毫微豪赌”。
[Business Wek,1999年8月30日]