纳米技术

克兹维尔技术未来观的第3部分是纳米技术。这个领域关注的是极度微型化。设备尺寸的缩减由来已久。19世纪末，工业技术由巨大的机器主导，用巨大的齿轮和杠杆完成各种工作。其中一些大型机器仍在服役，用于升起吊桥或关闭水闸，但大部分已经被更小而又更强大，更能胜任那些工作的机器替代。举个例子说明进步有多大，2003年加利福利亚大学伯克利分校的一个团队宣布制造出了比人的头发直径小300倍的马达。

由于设备的范围很广，很难用图表说明设备尺寸随时间减小的趋势。不过可以以钟表为例。埃及人在公元前14世纪左右发明了水钟。最初只是底部有小洞的陶碗。在内侧刻线，就可以用水的流失表示时间的流逝。后来改进为用流水驱动运动的部件。14世纪前后欧洲发明了落水钟。最初的设计并不精确，但可以四处移动而无需调整铅垂。第一块怀表出现在1462年左右，有16世纪初制造的怀表留存至今。这些早期的设计用今天标准来看很粗糙。第一块腕表出现在1862年，到20世纪20年代商品腕表已经能够做得很小，足以吸引具有时尚意识的女士。1909年亨利·瓦朗获得了第一台电子钟的专利；这些钟被安装在漂亮的家具中。2008年爱普生东洋通信发布了一款尺寸只有3.4毫米×1.7毫米×1毫米的精准时钟芯片。当然这款芯片没有钟面，否则你要用放大镜才能看时间。在技术的发展史中，钟表变得更小、更便宜、也更精确。大部分技术的发展都有类似的经历。

我们之前讨论了晶体管。晶体管尺寸的缩小也符合摩尔定律。由原子组成事物的微型化必然具有极限。一个物体不可能比单个原子还小，而晶体管、马达或钟表等设备由多个部件组成，每个部件都不可能比单个原子更小。微型化的极限是操作单个原子。1990年，IBM的科学家朝这个方向迈出了惊人的一步，他们能用原子力显微镜在平整表面排列单个原子。图14.4展示了用35个原子排列的字母IBM。从排列氙原子到制造出原子级别的马达或者能修复分子尺度损伤的纳米机器人还有很长的路要走，但许多有远见的科学家和工程师都将此视为终极目标。

这个领域的许多学者都从生物学获得灵感。活细胞中就存在许多微型机器，包括马达、棘轮、泵、光传感器、微小的运输系统，甚至时钟。它们都非常小。一种制造微型分子设备的策略就是向生物学习。因此纳米技术的一些方面也将与生物技术融合。在我们有生之年能不能看到注入血管识别和摧毁癌细胞的纳米机器问世？有可能。

制造微型设备需要计算，因为微型设备需要有很高的装配精度，而且原子和分子的行为很难预测和控制。显然这是相互依赖，生物技术和纳米技术的发展依赖于越来越高的计算能力，而计算能力的发展反过来又依赖于纳米和生物技术。

许多人共同关心的一个问题是，随着技术的发展，机器会不会有一天取代我们？克兹维尔则从另一个角度看问题。他认为我们将会与技术融合！毕竟我们的大脑就是信息处理设备。大脑是生物计算机，与电脑具有完全不同的逻辑结构。有3个指标说明了这方面的趋势：以“人机交互”为主题的毕业课题数量（在美国2000年1个也没有，到2009年有69个），亚马逊网站关于脑机交互的新书数量（2007年和2008年达到6本），以及关于这个主题的科普文章和新闻的数量（很多）。2008年11月2日，在CBS的节目中，斯科特·佩利说道：

在许多安静的实验室中，正在发展一项惊人的技术，将人脑直接连接到电脑。这像是一次突然的人类进化跨越——这次跨越将在未来让瘫痪的人再次行走，让截肢者借助仿生肢体行动。

故事主角斯科特·麦克勒患有肌萎缩性（脊髓）侧索硬化，这是一种神经退化疾病，让他除了眼睛之外全身瘫痪。通过类似头盔的可穿戴设备，斯科特能够参加电视访谈，通过分析他想说的话，计算机就能替他发声。现在这项技术处理的速度还很慢，斯科特回答问题时平均每个字母要花20秒。但还是能让他交流，而且交流得相当好。2008年艾莫提夫系统公司发布了用于计算机游戏的第一个商用脑机接口。这是一种头戴式设备，有14个传感器，穿戴者可以通过意念控制角色的行为。零售价299美元。目前这还是新鲜事物，因为大多数人还是更习惯用手，但谁又知道十年或二十年之后会怎么样呢？

另一项更成熟的技术是耳蜗埋植。2009年有15万深度耳聋者依靠这种设备恢复了听力。其原理是将小型麦克风连接到音频处理器，通过植入听神经的电极阵列输出电脉冲。然后大脑会将这些脉冲传换为听觉。植入的耳蜗替代了内耳的功能，让患者可以恢复听力，当然目前的效果还比不上健康的耳朵。

目前脑机接口还比不上正常的身体功能，但这项技术的发展还不到15年，正在迅速提升。也许有一天你穿戴的设备可以让你的大脑像计算机一样快速而且精确，同时又还保留了人类的优势。这一天并非遥不可及。

克兹维尔本身是计算机专家。他注意到现在的计算机能力的指数增长和成本的指数递减只进行了40年，我们生活的世界就已经彻底改变。如果光速对信息传递速度的限制可以被绕开，那么只需200年整个宇宙都会改观。这纯粹是科幻，但在不远的将来我们将看到两个重要改变。一是将会出现由计算机设计的计算机。这将使得技术脱离人类思维的限制。现在，计算机芯片的设计已经非常复杂，人类工程师已无法完全掌握；软件在英特尔新一代芯片的设计中扮演着重要角色。人类工程师还要多久才会退出这个循环？二是计算机将能够模拟人类的思维过程。这将使得计算机可以与人类互动。

如果脑机接口能让人类和机器交换大量比特信息，人类思维将脱离人体的限制。由于信息可以复制，因此不必限制在特定的物理系统中。如果我们的思维可以被复制给具有人类思维能力的机器，我们的思维就不会随我们的身体死去，我们（我们的记忆和思维）将变得不朽。克兹维尔认为这将在21世纪40年代实现，并且在力争让自己活到那个时候。不清楚在他的想法中是不是要让自己的身体也一直活下去，不过我可以肯定，如果问他，他不会在乎这一点！