因山洪暴發，一群驢友被困山中。乾糧早已耗盡，他們又餓又冷，感到支撐不了多久了。幸運的是，有一位驢友想起自己帶了一枚納米機器人儲存膠囊，於是他解開行李，將膠囊中細粉一樣的納米機器人撒到腳下的枯枝落葉中。接下來，他用手機對納米機器人發出指令，使其進行自我複製和食物分子組裝。小半天過後，他們眼前的地面上便長出了一層細軟如雪、又甜又香的食物，名叫「嗎哪」。驢友們感激涕零，捧起食物狼吞虎咽，很快恢復了元氣……
上文的故事聽起來像天方夜譚，可隨著人類對於生物的分子機器仿生學的不斷探究和技術上的進步，也許這樣的幻想在幾十年後就能成為現實。早在2001年1月，美國國家納米研究機構成立，現在，全世界的研究機構都在想方設法將這些幻想變成現實。在未來的世界裡，納米機器人將源源不斷地進入人類的日常生活，為我們製造鑽石、艦艇、鞋子、牛排，甚至在我們的血液中穿梭，為我們醫治疾病。
逼近「小」的極限
1959年，美國加利福尼亞理工學院教授理察費曼向全世界的工程師發出了挑戰，他希望有人能夠設計出一種可以裝入邊長為0.4毫米的立方體中的電動機。他的設想是，通過設計和製造這樣一種電動機，工程師們能夠開發出新的生產方法，最終生產出納米級別的機器人。1960年，比爾麥克里蘭製造出了合乎規格的電動機。雖然麥克里蘭的這個電動機是手工製造的，並沒有設計出新的生產方法，但費曼還是把獎金授予了他。
現在，人們能夠生產的微小元件已經遠遠小於0.4毫米。比如，有一種大小為1.5納米左右帶開關的傳感器，能夠計算出化學樣品中的特異分子。最近，美國萊斯大學研製了一種由巴基球作為輪子的單分子汽車，它是通過控制環境溫度和定位掃描顯微鏡的針尖驅動的。巴基球是由60個碳原子構成的小球，直徑只有1納米左右。今天，藉助於掃描隧道電子顯微鏡，納米機械專家已經能將獨立的原子排列成自然界從未有的結構；此外，他們還設計出了只有幾個分子組成的微小齒輪和馬達。
科學家預計，在未來二三十年內，真實的、可以工作的納米機器人就將問世。這些納米機器人有微小的手指可以精巧地處理各種分子，有微小的電腦來指揮手指如何操作。手指可能由碳納米管製造，它的強度是鋼的100倍，粗細是頭髮絲的5萬分之一；電腦可能由碳納米管作為電晶體和導線，也可能由DNA製造。納米機器人的一個主要優勢在於經久耐用，理論上說，它們可以連續工作幾十年，甚至幾個世紀。由於位移較小，納米尺度的系統也比大型系統運行得更快。
導航、動力和移動方式
為了讓納米機器人具有實用性，研究人員需要重點解決三個問題：導航、動力和移動方式。
導航可以分為外部導航和機載導航。外部導航系統可以使用很多不同的方法指示納米機器人到達正確的位置，其中一種是讓納米機器人發出超聲波脈衝信號，使用者通過使用帶有超聲波傳感器的特殊設備來檢測信號，從而跟蹤納米機器人的位置，指引它去往正確的目的地。
機載系統也叫內部傳感器，同樣可能在導航方面發揮重要作用。一個帶有化學傳感器的納米機器人可以探測並根據特定的化學物質進行追蹤，找到目的地。帶有光譜傳感器的納米機器人則能夠探知周圍物體發出的光譜，發現所要尋找的部位。
儘管有些讓人難以置信，但納米機器人還可能裝載微型攝像機。操作員將通過納米機器人傳回的實況圖像，指引機器人移動。攝像系統比較複雜，因此可能還需要若干年時間，科學家們才能設計出一套可靠的、能裝入納米機器人中的系統。
和導航系統一樣，納米機器人的動力也可以從內外兩個方面來考慮。製造一種小到足以放進納米機器人體內的電池是有可能的，但這種方式大概沒有什麼前景。因為電池所能提供的能量與其本身的體積及重量有關，很小的電池不足以保證納米機器人所需的全部能量。
納米機器人內部動力的另一種選擇是核能。利用核能的想法也許會讓人擔憂，但是實際上由於納米機器人極其微小，為其提供動力的核物質是很少的，因此其安全性也容易得到保障。
將來，納米機器人的動力最有可能來自外部，即從周圍環境中獲取能量。例如醫用納米機器人可以直接從人體血液獲取能量，一個配有電極的納米機器人利用血液中的電解液就可以變身為一節電池。
最後，我們來看看納米機器人的推進系統。
一些科學家正在研究微生物的推進系統，希望從中獲取靈感。例如草履蟲可以滑動纖毛，在水中自由活動；一些細菌通過舞動鞭毛，就可以向任意方向自由移動。
納米機器人還可能通過振動膜的交替收縮和擴張，來產生微弱的動力。對於納米機器人來說，這種微小的動力已經足夠使其移動。
其他發明聽起來更加不可思議。人們可以利用電容器來產生磁場，使導電液體從電磁泵的一頭噴射到另一頭，這種情況下納米機器人的移動看起來就像一架噴氣式飛機。小型的噴氣泵甚至可以利用人的血漿來移動納米機器人。
必須有快速「繁殖」能力
納米機器人執行任何任務，都必須動用大量的機器個體協同作戰。如果是進行疾病的治療，可能需要數以百萬計的納米機器人在血液中工作；在每一個有毒廢物地點可能需要數以萬億計的納米機器人；要製造一輛汽車可能要調動數以百億億計的納米機器人同時工作。然而沒有一個生產線可以生產如此巨大數量的納米機器人。
但是納米科學家眼中的納米機器可以做到這點。他們設計的納米機器人可以完成兩件事情：執行它們的主要任務和製造出它們自身完美的複製體。如果第一個納米機器人能夠製造出兩個複製體，這兩個複製體每個又可製造出兩個自己的複製體，很快就可以獲得億萬個納米機器人。
但是，假如納米機器人忘記停止複製會發生什麼？如果沒有一些停止信號，使納米機器人曉得停止複製，這種災難的後果將是不堪設想的。納米機器人在人體內快速複製能夠比癌症擴散還要快地布滿正常組織；如果製造食物的機器人集體發瘋，它們能夠把地球的整個生物圈變成一塊巨大的奶酪。
納米技術學家沒有迴避危險，但是他們相信他們能控制災難的發生。其中一個辦法是設計出一種軟體程序，使納米機器人在複製數代後自我摧毀。另一種辦法是設計出一種只在特定條件下複製的機器人，例如只有在有毒化學物質以較高濃度出現時機器人才能複製，或者在一個很窄的溫度和濕度範圍內才能複製。
就像電腦病毒的傳播一樣，所有以上這些努力都無法阻止那些不懷好意的人有意釋放某種納米機器人作為害人武器。事實上，一些批評家指出，納米技術可能的危險要大於它的益處。然而，僅僅這些利益就已經太具誘惑力了，納米技術必將超過電子計算機和基因製藥而成為新世紀的技術發展方向。世界可能會需要一個納米技術免疫系統，在這個微觀系統中，納米機器人警察將同那些不懷好意的機器人進行不斷的戰鬥。