国外微机电系统的创新成果
一、微电子传感器研制的新成果
1．纳米级微电子传感器研制的新进展
⑴着力推进纳米生物传感器研制。
2006年5月，有关媒体报道，由欧盟委员会未来科技部“信息社会科技项目”出资，法国科学家参与开发测试的一个项目，正在着力推进纳米生物传感器的研制，现已初露曙光，最终将在模仿天然嗅觉器官的基础上产生出“电子鼻子”。
这种“电子鼻子”不仅可以应用于医疗保健行业，还能应用于农业、工业、环保和安全等领域。研究人员称，嗅觉科技潜在的应用领域是永无止境的，这个研究项目，旨在开发出能模仿人类和动物嗅觉的纳米生物传感器。
它们的制作非比寻常。科学家在动物鼻子中插入一个微电极，并在上面放置一层能感受气味的蛋白质，然后测试那些蛋白质在遇到不同气味后所作的反应，这个系统甚至能觉察到人类鼻子无法察觉的低浓度气味。
研究过程中，科技人员从老鼠嗅觉器官中复制了上百种不同的蛋白质，并在酵母中培育。不同的蛋白质能对不同气味作出反应，从而使“电子鼻子”觉察到几乎所有的味道，或者几种味道的组合。
研究者称，人类鼻子有1000种蛋白质，能使大脑识别10000种不同气味，而纳米生物技术的应用，使人造“电子鼻子”的出现成为可能。
测试表明，纳米生物传感器能对极少量的带味分子作出反应，而且精确度很高。它的出现，在气味科技发展道路上迈出了重要的一步，也树立了纳米、生物和信息技术相结合的仿生化学装置的范例。
⑵开发能精确计量纳米粒子的微小环形激光传感器。
2011年6月26日，华盛顿大学圣路易斯分校电学与系统工程系副教授杨兰领导，研究生何丽娜等人参与的研究小组，在《自然·纳米技术》网络版上撰文称，他们开发出一种比针尖还要小的环形激光传感器，能精确探测单个病毒、形成云的微尘颗粒以及空气中的污染物。改变传感器中的“增益介质”，还能用于探测水中甚至血液中的微粒。
这种微型激光传感器，属于一种回音廊式共振传感器，由硅玻璃制造。工作原理就像英国圣保罗大教堂里著名的回音廊，一边的人对着廊壁说话，另一边的人就能听到。但与回音廊不同的是，这种传感器共振的不是声波而是光波。
激光器由底座支起一个“频率衰减模”（环路中激光发射的模式或形状），两束激光以相同频率、相反方向围绕环形光路传播。模场中有一个“短暂尾迹”透过环表面，探测着周边环绕的介质。当一个微粒落在激光环上，就会使一个光模中的能量分散到另一个光模中，从而使两个光模的共振频率略有不同，使光模发生分裂，一束激光就分裂为频率不同的两束，将它们导入光电探测器，会由于频率的不同而产生一种“打击频率”，从而分别测得两束激光的频率。
在早期的研究中，研究小组用普通的玻璃环作为波导，实验模分裂，并使入射光获得增益。但这种环路是被动的，外部激光必须用昂贵的可调激光，才能涵盖检测模分裂所要求的频率范围。
新型共振传感器本身，就是一个微型激光器，而不仅仅是外部激光的共振腔。虽然也用玻璃制成，但掺杂了稀土原子作为“增益介质”。当外部光源达到激发态时，共振环就开始以自身更纯的频率发射激光。
2．其他微电子传感器研制的新成果
研制用于网络系统的微型无线传感器。
2008年2月，德国柏林工业大学、弗朗霍夫研究所，以及费迪南·布劳恩研究所等欧洲著名科研机构联合组成的研究小组，在欧洲第一届“无线传感器网络论坛”上报告称，他们正在研究一种只有豌豆大小的新型传感器，可用于操纵机器人、监护病人、以及找寻事故中的死伤者。这种传感器网络系统，是欧盟近年来的一项重要科研项目。
目前，绝大多数的测量和操控任务都是通过普通型传感器完成的。然而，它们须用电缆与中央指挥系统相连接，因此造价高，而且操作不方便。现在，欧洲研究小组新开发出来的微型无线传感器，正好克服了上述缺点，能够通过无线联络监控工厂设备、收集数据，并可在环保和卫生健康领域大显身手。
这种微型无线传感器，可以做成多种形式，其中最常见的是腕式传感器。它可以随时监控病人的身体状况，并在必要的时候发出警报。此外，由多个传感器连接而成的传感器网络，能够快速准确地找到事故中死伤者的位置，从而使救援工作大为简化。
二、微电子发动机研制的新进展
1．纳米级微电子发动机研制的新成果
⑴研制首例光能驱动的纳米发动机。
2006年1月，意大利博洛尼亚大学温森托•巴利扎尼博士主持，加州大学洛杉机分校的纳米化学家佛莱责•斯托特教授等参与的一个研究小组，经过六年多的努力，联合研制出世界第一款太阳能纳米发动机。
研究人员对这款太阳能纳米发动机充满希望。斯托特教授认为，这样的发动机，能够操控纳米阀，如果在阀门表面覆盖多孔硅基的纳米微粒，科学家可以将抗癌药物分子填充在孔洞中，以及从孔洞中清除。当医生将纳米微粒靶向定位于肿瘤患处后，可以通过光触发来定点释放抗癌药物。
博洛尼亚大学化学教授维耶罗•布莱则尼认为，这种十亿分之一米级的引擎，通过类似活塞的往复运动，能够读取0或1这样的数据，这项分子光子学和电子学领域的研究将帮助科学家构建化学计算机。
据介绍，这款新型纳米发动机形状似哑铃，约6纳米长，中间缠绕着约1.3纳米宽的环。这个环能够在哑铃的杆部上下运动，但被两端大的哑铃头部挡住。哑铃杆部有两个成环位点。当哑铃头部一端吸收太阳光后，就会传递电子，激活成环位点并驱动环向另一侧慢慢移动。当电子传递回头部后，环又重新回到起始位点，下一轮新的往复运动又可以开始。斯托特教授介绍说，这种纳米发动机的运动非常快，一次完整的循环还不到千分之一秒，与汽车引擎每分钟6万转的速度相当。
亚利桑那州立大学的化学家迪文思•格斯特认为，这种分子发动机的突出特点是，运行并不需要燃料。以前，包括生物引擎在内的发动机都需要燃料，而这套系统的能量直接来源于光，不用消耗燃料也不会产生有害废物，这是化学家在分子机械研究领域迈出的重要一步。
目前，这种新型纳米发动机的运转还处在随机状态，相互之间独立而且没有条理，还不能在实际中应用。研究人员正在努力试验，让纳米发动机有序地移动到表面，以及进入膜表面，使之能协调工作并完成肉眼可见的机械工作任务。
⑵研制成分子发动机。
2006年3月，荷兰格罗宁根大学、艾恩德霍芬理工大学和飞利浦研究中心组成的研究小组，研制成功分子发动机，使单独分子转动长为1/28000毫米的玻璃轴。它在热和光的作用下运动，因为在热和光作用下分子会改变自己的形状。
实验人员把结构上接近常用颜料的物质，放入液晶薄膜内部，在紫外线作用下分子会过渡到固有的“镜面复制”。同是最初和最终形状与过渡状态相比较，有足够的能量通过“拧紧”和“松开”来传递给薄膜。转动一整圈需要4个阶段，其中两个阶段（“光作用”）相对较快，另两个阶段（“热作用”）较缓慢，4个阶段共用时几分钟。
研制者指出，虽然运动是由几个分子作用引起的，这些作用需要协调一致，但薄膜内部的分子系统就是一个完整发动机。研制者希望借助于这样的分子发动机，“修理”细胞或装配细微结构。
2．其他微电子发动机研制的新成果
开发出有望取代电池的微型发动机。
2008年8月，英国伯明翰大学宣布，该校制造和机械工程学院讲师、华裔科学家姜开春博士领导的研究小组，开发出一种只有几毫米大小的微型发动机。别看这种小到可以放在指甲盖上的发动机样子不起眼，但提供的能量却是普通电池的300倍。
姜开春说，当初他们设计这种发动机的主要目的，就是为了替代传统的电池。自电池发明以来，虽然在电子设备小型化和便携化方面发挥了重要作用，但由于电池的蓄电量有限，为了使电子设备持续工作，必须经常更换或充电，在能量供应的持久性和连续性方面受到一定限制，而汽油等碳水化合物燃料在这方面则表现出明显的优势。在开发该发动机前，他们曾专门对不同类型的电池与燃油进行了比较，结果发现，在重量相同的情况下，汽油、氢等碳水化合物燃料提供的能量，平均为电池的300倍。这意味着，同是补充一次能源，使用微型发动机驱动的装置，要比电池驱动的装置工作时间长得多。
另外，据计算，制造一个电池所消耗的能量，要比电池本身所提供的能量大2000倍，如果再考虑到处理废旧电池所消耗的能量，那么电池的使用成本就更高了。相比之下，微型发动机则简单得多，只要给它补充一次燃料，它就能连续不断地工作几个月甚至一两年。不仅免去了经常换电池或为电池充电的麻烦，而且装置本身也可以做得更加小巧轻便。
姜开春表示，微型发动机的制造与传统发动机有很大不同。传统发动机通常是在充满噪音的厂房中生产出来的，而微型发动机却是在大学等研究机构的无尘室中制作完成的。他们现在开发的微型发动机属于一种内燃机，这种发动机与美国科学家开发的微型涡轮发动机有所不同，内部温度要高许多。为了承受发动机运转时产生的高达1000℃的高温，他们在制造材料上选用了氧化铝和碳化硅。这两种材料都可以耐1500℃以上的高温，这就为发动机安全运转提供了保证。
由于微型发动机体积小巧，有些内部构件只有几微米，因此在制作工艺上，他们采用了与生产大规模集成电路相似的技术。所不同的是，大规模集成电路要求元件做得越小越好，而用同样的工艺生产发动机，则需要尽量将配件做大。因为燃料在发动机内燃烧需要有一定的空间，空间太小燃料将无法点燃，这就要求发动机构件要保持一定的尺寸。为了实现这一点，他们采用了许多新技术。其中最具特色的是他们独创的“大厚层光胶处理”技术。利用这项技术，现在它们加工的材料厚度已达到1毫米左右，这在世界上也是很先进的。为适应不同设备的需要，研究人员还可以对这种发动机的输出功率进行调整。采用的方法不是生产大小不同的发动机，而是将几个同样规格的发动机连接起来输出不同的能量。比如，为手机提供能量可能一个发动机就够了，为笔记本电脑提供能量则需要将数个发动机连起来共同工作才行。
微型发动机的应用范围十分广泛，除了可取代手机和便携式电脑的电池外，在军事、医学和工程制造等领域也有广泛用途。
三、微电子发电机及电动设备研制的新进展
1．微电子发电机研制的新成果
⑴发明用于无线系统的新型振动发电机。
2007年7月，英国南安普顿大学电子和计算机系史蒂夫·比拜博士领导的研究小组，在《微力学与微动力杂志》上发表研究成果称，他们发明了一种发电能力是类似设备10倍的发电机。
比拜表示：“它是同类发电机中最成功的一例，它比相同体积类似设备的发电效率都要高。”
这一发电机体积小于1立方厘米，它是欧盟资助的振动发电机项目的一部分。其主要用途是为无线感应器提供电力，这些无线感应器负责监控工厂的环境。据悉，研究小组还计划将这些设备植入空气压缩单元中。
此外，它还可用于无线的自供电力轮胎感应器，进一步发展后，它将成为自供电力心脏起搏器的技术基础，此技术可以取代传统的电池。对于植入性装置而言，周期性的更换电池是不现实的。比拜说：“由于可以为无线感应器节点提供电力，因此振动能量装置得到了广泛关注。无线感应器系统的最大好处在于，去除了电池和连线后，它们可望被用于之前无法应用的区域。”
比拜表示，最近一段时间以来，对于低能耗微型感应器和无线感应器网络的关注度，越来越高。但是，如何为这些感应器提供电力，是一个未得到关注的领域，特别是对于那些完全植入内部的感应器。他认为，新型振动发电机是解决这一问题的最好方案。
⑵发明世界第一台纳米交流发电机。
2007年8月，国外媒体报道说，微米电子机械系统，如今已经普遍应用于各种电子仪器中。但纳米电子机械系统，却由于缺少自主动力，始终停留在实验室阶段。法国国家科学研究所的研究人员，发明了一种纳米交流发电机，为纳米电子机械系统的实际应用，展示了广阔前景。
据介绍，纳米交流发电机主要由一根碳化硅纳米丝、两根电子信号输出和输入丝组成。其原理是将足够的直流电作用于碳化硅纳米丝，使其产生磁场，造成自主振荡和摆动，从而为纳米电子机械系统提供动力。
众所周知，电子产品的运转需要动力。例如，作为一种微米电子机械的电子表，就需要电池提供的直流电，使石英晶体产生振荡，来保证电子表的正常运转。但在纳米电子机械系统中，人们却始终苦于找不到能够产生振荡或提供自主动力的手段，只能求助于微米的外在动力，这也是电子产品超微型化所遇到的一大障碍。
法国专家表示，他们的发明，将有助于推动电子产品的超微型化，在雷达和移动通信等领域可能会有用武之地。
⑶研制利用电子自旋为动力的发电机。
2009年3月10日，日本东京大学教授田中雅明领导的研究小组，在《自然》杂志网络版上发表研究成果称，他们使用超微技术，在世界上首次成功利用电子自旋为动力制成发电机。这项技术，有望应用于磁传感器或用来为超小型电子器械制造电源。
一般而言，利用磁力产生电力，需要令磁铁在线圈附近运动，让磁场不断发生变化。而田中雅明研究小组，一开始曾致力于寻找磁铁不必运动，就能产生电力的方法，后来他们的目光被电子能像小磁铁一样运动的特性，即电子自旋所吸引。
研究人员制造出一种新元件，元件中有镓、砷和锰等材料制成的微小磁铁颗粒。这种磁铁颗粒只能让拥有特定自旋方向的电子出入。研究人员把新元件放入相当于较强永久磁铁的磁场中，观测到发电元件产生了21毫伏的电压。
本次实验时的温度约为零下270℃。研究人员认为，改良磁铁的制作方法，有可能在室温状态下引发同样现象。
⑷研制首个可商用的纳米发电机。
2011年3月，美国佐治亚理工学院教授王中林领导的研究小组，在美国化学学会会议和展览大会上展示的一项研究成果表明，他们研发出首个可商用的纳米发电机。研究人员称，这种柔性芯片可依靠人体运动，如手指的压力或脉搏的震动产生电力，有望让iPod等电子设备同电池说“再见”。
该研究小组通过按压位于两个手指之间的纳米发电机，分别给一个发光二极管灯泡和一个液晶显示屏提供电力，以此证明它在商业上的可行性。
这种纳米发电机，由平放在弹性高分子薄膜衬底上的氧化锌纳米线和两端的电极构成，其技术关键——压电材料氧化锌纳米线能把机械能转化为电能。这些氧化锌纳米线的直径仅为头发丝宽度的1/500，王中林研究小组找到一种方法，可以把数百万根氧化锌纳米线中的电荷捕捉起来并集合在一起。同时，他们也开发出一种新技术，可让纳米线沉积在大小仅为邮票1/4的柔性高分子薄膜芯片上。
王中林表示，5个纳米发电机结合在一起，能产生3伏特的电压和1微安的电流，电压与两节普通的AA电池相当。从王中林2005年开始研究纳米发电机到现在，纳米发电机的输出功率提高了几千倍，输出电压提高了150倍。未来，人们可把很多纳米发电机组合在一起，为iPod和手机等电子设备提供电力。
科学家指出，纳米发电机产生的电力可以存储在电容器内，定期驱动传感器并无线传输电信号。而且，未来人们可以通过散步来激活放在鞋子内的纳米发电机，为手持电子设备提供电力；心脏跳动可为植入体内的胰岛素泵提供电力；甚至轻拂的微风都能让纳米发电机为探测环境的传感器提供电力。
王中林表示，他们的下一个目标，是进一步提升纳米发电机的输出功率，并可能3～5年内最先在环境检测传感器上实现其商业运用。
2．微电子电动马达和电动车研制的新成果
⑴研制成世界上首个单分子电动马达。
2011年9月4日，美国塔夫斯大学文理学院，化学副教授查尔斯·塞克斯等人组成的研究小组，在《自然·纳米技术》上发表论文称，他们用单个丁基甲基硫醚分子，制造出世界上第一个电动分子马达，其旋转方向和速率都能实时监控，有望为医疗、工程等领域的微型器械提供动力。
该电动分子马达仅1纳米宽，打破了现有最小马达200纳米的世界纪录，研究人员正为它申请吉尼斯世界纪录。马达的主要部件是丁基甲基硫醚分子，它的硫基能吸附在铜板表面，剩下5个烃基就像硫基的两条不对称手臂，一边有4个而另一边有1个，用低温扫描隧道显微镜上面的金属针给它提供一个电荷，两条碳链就能围绕硫铜连接点自由旋转。显微镜的金属针作为一个电极，负责向分子输送电流，引导分子旋转方向。
塞克斯介绍道，要把单个分子作为一个分子机器的组成部分，必须给单个分子接上外加电源，让它按照规定的方向运动。目前尽管已有一些理论方案，但真正的电动分子马达一直未能制造出来。他接着说：“我们造出第一个由光和化学反应来供电的分子马达，让它有目的而不是随机地做些事情。”
研究小组还能通过温度控制，直接影响分子的旋转速度，分子的旋转方向和旋转速率可以实时监控。他们发现，零下268℃是马达运动的最理想温度。在高温下马达旋转太快，难以测量和控制它的转速。
研究人员还指出，尽管电动分子马达有很多实际应用，但还要解决温度方面的难题才能更好地控制它的转动。塞克斯说：“如果能更好地控制温度，让马达在合适温度下运转，它就能在传感器、微管设备等医疗器械中发挥实际作用。在微观领域，液体对管壁的摩擦力会变得很明显，如果管壁装上马达，就能促进液体顺畅流通。如果把分子运动和电信号连接在一起，还能在纳米电路中产生微小的传动作用，这种传动可用于手机等产品的微型延迟线中。”
⑵制造出由单个分子制成的分子“电动车”。
2011年11月10日，英国广播公司报道，荷兰屯特大学化学家蒂博尔·库贝纳奇领导的研究小组，在《自然》杂志上发表研究成果称，他们制成了全球最小的、由单个分子制成的分子“电动车”，该“电动车”也有4个“轮子”，当施加微弱电流时，会向前行驶。科学家们表示，这种分子“电动车”有望应用于许多微观领域，比如把微量药物送到人体特定位置等。
未来在纳米尺度工作的人工运输装置和机器人，都可能需要能在一个表面上定向平移的分子。然而，在设计这种分子时，科学家们通常利用光能、化学能或电能来调控该分子与表面的互动，研究工作面临很大障碍。
研究小组通过将4个旋转的运动单元（相当于汽车的4个轮子），附着到一个中心轴上，制造出一个可定向移动的分子。如果用特别细小的探针触碰一下该分子，为之提供微弱电流，4个“轮子”就会开始旋转，驱动整个分子前行。他们在铜板表面对分子“电动车”进行了测试，结果显示，施加10次电流，该分子“电动车”就可以行进6纳米。
库贝纳奇解释说，这辆“电动车”的工作原理，与很多生物体组织中天然存在的现象类似。在机体组织中，有些蛋白质受电流刺激后会变形，从而产生运动，肌肉收缩就是基于该原理。在该研究中，施加电流后，转子吸收电子，会诱导转子的结构发生变化，推动该分子在铜表面移动。通过改变各运动单元的旋转运动方向，这个自我推进的分子“四轮”结构，便能沿随机的轨迹运动或优先沿线性轨迹运动。库贝纳奇指出，这种设计，为探索更复杂的分子机械系统提供了起点，未来科学家们或许能对它们的运动方向完全进行控制。
不过，由于这项研究，是在－226℃的低温和高度真空环境中完成的，这样的分子“电动车”应用于实际还很遥远，当务之急是让其能在正常环境下工作。
四、微机电系统的其他新成果
1．原子级微机电系统研发的新进展
⑴发明制造静电振荡波的电子冲浪机。
2007年7月，英国国家物理实验室网站报道，英国国家物理实验室和剑桥大学卡文迪什实验室组成的研究小组，发明了一种让电子能够学会“冲浪”的机器，它可以使电子像冲浪者一样处于静电振荡波的能量波峰上。科学家说，希望这能为研制新型计算系统，并提高数字通信的安全提供新思路。
据介绍，这种电子冲浪机如同工厂里的传输带一样，能一个一个、稳定可靠地每秒传输10亿多个电子，而且这些电子都具有相同的运动方向。这是科学家首次以如此高效且可控方式传输电子。
研究人员说，电子冲浪机的重要工作，是制造静电振荡波，静电振荡波的作用就如同海浪。电子冲浪机的工作方式是，单个电子被置于静电振荡波波峰，然后使静电振荡波向一个特定方向运动，这样电子冲浪机输出的电子，就都具有相同的运动方向。
研究人员说，目前所有计算机工作都依赖于微处理器，但微处理器中的电子运动是无序的，这导致机器发热并影响工作效率。精确控制电子在微处理器中的运动方向，无疑将大幅提高计算机的性能。在数字通信上，精确控制电子运动还能使预防失密更加容易。
⑵研制出可自我校准的原子力微机电系统。
2010年8月10日，《大众科学》杂志网站报道说，微机电系统在未来的高科技领域有很大的应用潜力，但目前它们也有一个难以克服的缺陷，那就是计量结果不够精确，彼此之间存在偏差。据悉，美国普渡大学的研究人员现已找到一种方法，可以让微机电系统进行自我校准。这一研究成果，有望打开研发各类超高精度的传感器和设备的大门，可在医学、工程以及国防领域发挥作用。
微机电系统的尺寸不到十亿分之一米，在如此微小的尺度上制造这种设备，难免会存在误差，要保证生产出的微机电系统完全一致是不太可能的。既然没有可靠的方法来制造两个一模一样的微机电系统，就必须采用一些校准手段来尽量避免或者减小它们在计量时，彼此之间的误差。然而，要想在这种微观尺度上进行距离或者力的测量，同样非常困难。因此，到目前为止，还没有确定一套标准，来校准两个微机电系统的功能，以使它们的性能和计量方式完全一样。
现在，普渡大学开发的这项被称为微电计量的新技术，可帮助工程师确定施加于微机电系统器件上的力的大小。微电计量技术，通过测量微机电系统的电子特性，来定义其机械特性，因为在这样的微观尺度上，电子特性比物理力更易测量。一旦获得微机电系统器件的电容数据，研究人员就能精确计算出其形状、硬度和受力大小。
更准确地说，可自我校准的微机电系统，意味着性能更优、更便宜的原子力显微镜，能够开展更有效的生物技术和纳米技术研究的高功率实验室工具，可嗅探出化学威胁的超灵敏传感器，甚至可用于追踪或确定犯罪嫌疑人的超灵敏“芯片鼻”。
2．分子级微机电系统研发的新成果
⑴实现可控制的单个分子机械运动。
2005年5月16日，法国国家科研中心发布公报称，他们在世界上，首次成功地利用高真空低温隧道显微镜，实现单个分子的机械运动。专家评价说，这一成果，是“前所未有的”突破性进展，为今后纳米领域内的分子机械研究开辟了新的道路。
分子机械运动在纳米领域有着非同寻常的重要意义，与通常情况下的原子搬运（或称原子操作）不同，这种运动方式是分子的可逆、重复运动。
从物理学和化学理论来看，没有任何基本原理，判断在分子尺度上的机械运动是不可实现的，但过去科研人员还从未在实验中真正实现过。而此次，法国科学家的实验证实这一点，首次实现可控制的单分子级机械运动。
这项开创性研究，利用高真空低温隧道显微镜，在扫描探针的电压作用之下，使得单个联苯分子受到“拨动”，分子状态发生改变，在两个不同效应（Ａ态和Ｂ态）之间来回简单重复运动，就像“摆”一样做重复性机械动作。
这个实验所需条件十分“苛刻”，比如所用分子必须是一定大小的分子，另外由于原子和分子一般情况下，都处于无规则的随机热运动（即布朗运动）状态，实验中还必须将分子热运动因素剔除，因此研究人员需要在低温环境下使分子“冻住”，这时分子运动所需的能量会变得极小。
分子机械运动未来的应用前景十分广阔，比如可用来控制活细胞的运动，广泛应用于生物医学领域，而在物理领域，可用于研制极小型探头、分子阀门、分子电路等，研发一系列新的“分子机器人”，也就是人们通常所说的“纳米机器人”。另外，对于基础理论研究领域，由于分子机械运动在分子尺度上实现了从电信号到机械信号的转换，这将有助于探讨分子尺度下的热力学第二定律，建立新型的“机械实验室”，研究电能和机械能在分子尺度上的转换。从这个角度看，这项工作的价值是深远的。
“纳米机器人”这一概念，最早是由诺贝尔奖获得者费曼教授首先提出的，人们对这种超微型机器人，既充满幻想，又心存“恐惧”，担心这样的高级机器会反过来危及人类。比如，现在的“纳米毒理”研究针对的就是纳米产品可能造成的环境污染、生物安全等问题。对此，有关专家表示，任何高新技术的发明都存在使用者本身如何利用的问题，在开展纳米研究过程中，科研人员必须规避不利因素，避免给地球造成不可挽回、不可逆转的影响。
⑵研制出分子打印机。
2006年11月，加拿大多伦多大学光学研究所主任卡伦·格兰特领导一个研究小组，研制出第一台分子打印机“纳米推动者”，这能让他们以纳米空间分辨力，在物质表面放置生物材料的微观小点。
格兰特说：“这是研究人员和工业伙伴合作的最好例证。公司能得到好处，因为我们为他们提供应用的想法，而我们则从这些最先进的设备中获得利益。这能为学生们的工作提供很大的帮助。”
这种打印机通过将蛋白质、DNA、抗体等生物分子，溶液输送到尖端来，在多种物质表面放置小点。这些尖端的工作非常细致和精确。光学研究所副主任辛西娅看到了这种设备的潜力。她的部分工作是组织工程，这需要固定的生物分子进行研究。辛西娅还在建造微型通道来控制液体。这种打印机使她的工作更快捷。
辛西娅说：“过去如果我需要一组分子，我必须在硅片上描绘出设计，将它暴露在光下，然后进行蚀刻。这耗费大量的时间和经费。但是，分子打印机使这一切变的非常容易。”
⑶研制出世界第一台分子机器。
2007年1月，法国图卢兹材料设计和结构研究中心，与德国柏林大学联合组成的一个研究小组，在《自然·纳米技术》杂志上发表研究成果称，他们首次成功研制出可旋转的“分子轮”，并组装出真正意义上的第一台分子机器。
分子机器是指由分子尺寸的物质构成、能行使某种加工功能的机器，分子机器的构件主要是蛋白质等生物分子，因为它们的尺寸多为纳米级，所以又称生物纳米机器。分子机器是近年来纳米研究领域的重点，其用途广泛，比如它们可以在人体细胞内清除病灶、充当药物运输的人造载体，以及形成分子阀门等。
从20世纪90年代开始，法国图卢兹材料设计和结构研究中心的研究人员，就已着手研制分子机器，并研制出了能够运动的分子车轮；1998年，他们又成功合成了平面分子车轮；2005年，他们首次研制出分子发动机。
研究人员解释说，他们研制的“分子轮”是第一台真正的分子机器。这个非常奇特的分子包括2个直径为0.7纳米的“车轮”，车轮由三苯甲基分子组成，被固定在长0.6纳米的轴上。所有分子机器的化学结构均被固定在铜基上。为了使车轮很好地转动，研究人员借助于扫描隧道显微镜，用探针驱动车轮旋转。
研究人员确信，“分子轮”将在复杂的纳米机器，比如分子卡车和分子纳米机器人等方面占有重要位置。
