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那福忠,知名電子出版專家、網路作家。
   
  奈米:小而美與小而禍
 

那福忠 February 20, 2004

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美國科幻小說及影劇作家、兼影視製作導演 Michael Crichton,在他最近出版的小說「獵物」(Prey) 裡,說一家生技公司研製出一種會攝影的奈米虫 (Nanobot),也就是極小的機器人,比沙粒還小,不但照相,還能與別的小虫無線通訊聯絡,一兩個小虫照不到什麼照片,但一群小虫一旦互通信息,就可以拍攝一大幅影像。國防部對這個玩意兒極有興趣,因為這些小照相機可以像沙子般的隨風飄渺,如控制得法,可以透過門窗的縫隙,進入平常進不去的地方窺視。

   實驗在遠離城市的沙漠裡進行,把一批奈米虫放出去之後,沒想到控制發生問題,幾經修改虫內 AI 型的通訊程式,不但問題沒解決,反使虫兒增加智慧、自己繁殖,而且大量聚集在一起殺人,使得幾個實驗人員在沙漠裡面對危險、孤力無援,進入 Crichton 戲劇的傳統高潮(如「朱羅紀公園」「剛果」等 Crichton 作品)。除了娛樂,Crichton 要傳達的信息是,美國政府大力推動並資助奈米技術之餘,不要忘記可能帶來的危險,最近也有科學家提出同樣的警告。

   到底什麼是奈米?奈米 (Nanometer) 是十億分之一米(公尺),是衡量長度的最小單位,因為小的超出想像,大家的印象只是非常非常的小。到底一奈米有多大、或多小,有人做了有趣的比喻:頭髮的一萬分之一那麼細,與 DNA 分子一樣寬(不是長),有氫原子十倍那麼大,或是相當你的指甲在一秒鐘內長的長度,也相當於把一滴水灑在一平方公尺面積水的厚度。單位儘管那麼小,在實用上卻有用,像 Pentium 電腦晶片裡的最小組件,就僅有 100 奈米那麼大。

   什麼是奈米技術 (Nanotechnology)?嚴格的說,應該叫「奈技術」,原文裡並沒有代表公尺的「米」,但三個字不順嘴,奈米技術四個字就順口成章了。奈米技術簡單的說,就是小的技術,以奈米的尺寸範圍(從一奈米、到一萬奈米),來製作工具、來組合材料,依不同的應用領域,設計不同俗稱奈米虫的小東西,供我們使用。任何材料都是由分子構成,分子則由原子構成,在那麼小的範圍裡運作,多半都是分子、甚至原子在結構上的移動,這樣的移動可產生了千變萬化的結果,奈米熱衷者說的奈米將無所不在、無所不能,多是據此而來。

   大家不免疑惑,用什麼工具能製造那麼小的東西?當然不是用顯微鏡下的螺絲起子、或雷射光掃瞄焊接,物理性的工具再精細,也精細不到奈米那麼小。科學家說不必那麼麻煩,物理性的工具不能用,化學性的工具卻十分可用,只要研製出特別的有機物,能掌控其結構,奈米虫就會自己組合,就不勞人力費眼神去製造。大自然中有不少自行組合的現象,冬天下雪天上飄下來的雪花,就是做好的例子。雪花的生成,是水蒸氣的分子,因能量降低,附著在空氣中一粒塵土上,接著又有別的水蒸氣分子附著過來,這時如果氣溫適當,讓累積的水蒸氣結冰,就結成了美麗的雪花。

   IBM 物理研究中心,最近就是用雪花的方式,研製自行組合的奈米晶片。幾十年來電子技術的發展,可藉「穆爾定律」(Moore's Law) 註解,Intel 公司創辦人 Gordon Moore 當年預估,電子技術的成長,每年加倍,以後實際上是每 18 個月加倍,大家推寵他預估的準確,把 Moore 冠以定律。每 18 個月所以能成長一倍,是因為能把作為半導體的矽,繼續切割,使晶片體積縮小、運算速度加快,但近年出現了危機,眼看穆爾定律即將終止。因為矽的往小切割,快達到物理極限,換句話說,以目前的工具不久就再無法繼續切割了。如果電子技術停滯不前,對全球的影響有多大,不必思索都知道,所以各大電子廠商莫不全力研究替代方案,奈米技術自然是其中之一。

   IBM 的科學家,發展出一種有機物,可以自行組合成空間均勻的蜂巢形狀,每一蜂巢的直徑是 20 奈米,這種有機物所以能有這麼規矩的形狀,是因為用另外兩種有機物組成的,這兩種有機物一對一的緊密鄰接,如同雪花結晶般的成形。這一結構的最大好處,是兩種有機物裡的一種,可以有辦法讓其分離,而留下許多完美的小洞,這些小洞在零與一的世界裡,用處就大了,如果用矽來補這些小洞,就可用來製作快閃記憶的電晶體,而且細小的程度,遠超過目前切割技術的極限。這項研究的突破,或使穆爾定律不致立即終止。

   奈米有什麼好處?IBM 研究中心物理科學主任. Thomas Theis 博士說,當我們能在分子、原子的層級來設計建構的時候,就會發展出與現在不同特質的新材料,用這些材料就能製作出比現在更複雜更新的產品。今天的超級電腦,可能是明天的手錶 PDA;房屋、機器、器具,需要維護的時候,會發出警訊,或者會自動修復;穿在身上的衣服,會監控我們的健康狀況,同時警告我們環境的各種障礙。這一切、與能想到的創新,在科學上都可行,現在只剩下怎麼來做、以及什麼時候來做這些事了。

   至於奈米技術會不會發展失控,如「獵物」書中任由一大群奈米虫到處飄盪為害,把電腦病毒從虛擬網路、散佈到實體空氣裡,則無人敢預測,希望這僅僅是小說與影劇裡的情節。

Michael Crichton 的簡歷與全部著作與影視製作清單
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