纳米机器人适用范围（大东话安全指哪打哪）

一、小白剧场

小白：东哥，我前几天去看了一个智能机器人展览，可真是大开眼界了。

大东：怎么了？都有些什么好玩的机器人啊？

小白：有摘苹果的机器人，还有教小孩子画画的，各种各样的，有趣得很啊！

大东：在科技时代，越来越多的机器人会代替人类完成一些工作。

小白：要是有那种可以进入人体，能治病的机器人就好了。

大东：哈哈哈，这样的机器人已经有啦！

小白：天呐，是什么机器人这么厉害？

大东：是DNA纳米机器人，这种机器人通过特异性DNA适配体功能化。

小白：东哥，快来详细讲一讲这个神奇的纳米机器人吧！

纳米机器人（图片来自网络）

二、精准定位的纳米机器人

大东：“纳米机器人”是机器人工程学的一种新兴科技，纳米机器人的研制采用了“分子纳米技术”（Molecular nanotechnology，简称MNT），所以称为“纳米机器人”，又叫“分子机器人”。

小白：东哥，是什么时候提出了这项技术呢？

大东：1959年率先提出纳米技术的设想是诺贝尔奖得主理论物理学家理查德·费曼。他率先提出利用微型机器人治病的想法。

小白：它是怎样获取人体内部的精细结构的呢？

大东：该技术利用扫描隧道显微镜获取细胞膜和细胞表面的结构信息。

纳米机器人结构示意图（图片来自网络）

小白：东哥，这种纳米机器人都有哪些应用呢？

大东：纳米机器人可以进入人体微观世界，有望用于清除有害物质、修复损坏基因、激活细胞能量、维护人体健康和延长人类寿命。

小白：天呐，这也太神奇了吧？！东哥，这项技术有什么研究进展吗？

大东：2019年，实现了纳米机器人在活体（小鼠和猪）血管内稳定工作并高效完成定点药物输运功能。研究人员基于DNA纳米技术构建了自动化DNA机器人，在机器人内装载了凝血蛋白酶——凝血酶。

小白：听起来确实是医学上的一大进步。

大东：2020年初，美国佛蒙特大学计算机科学家和塔夫茨大学生物学家共同创造出100%使用青蛙DNA的可编程的活体机器人 Xenobot，这可是人类首个活体机器人。

小白：东哥，活体机器人相比于普通的纳米机器人，有什么优势吗？

大东：相比之下，使用XenoBot比传统纳米机器人的优势在于，XenoBot可以由患者自己的细胞制造。因为这些异种生物是由病人的细胞制造的，这意味着病人的身体不会排斥它们。

青蛙活体（图片来自网络）

放大的活体机器人（图片来自网络）

三、纳米机器人的安全机制

小白：这种纳米机器人也会像人体细胞一样复制吗？

大东：没错。设计的纳米机器人可以完成两件事：执行它们的主要任务和制造出它们自身完美的复制体。

小白：它会不会像癌细胞那样无限繁殖呢？

大东：正常情况下不会。在重大故障的情况下，纳米机器人的失活可以防止携带该特定纳米机器人的生物死亡或受到严重伤害。

小白：东哥，那它是使用怎样的安全机制来实现正常运作的呢？

大东：为了确保纳米机器人即使在出现某些问题后仍能继续正常运行，科学家提出了三种不同的方法来解决这个问题。一是使用纳米终止剂；二是使用看门狗定时器，三是实现类似于凋亡的机制。

小白：东哥，什么是纳米终止剂啊？

大东：纳米终止剂的功能将消除不听话的纳米机器人。它能与引发剂（或催化剂）或增长链迅速起反应,从而有效地破坏其活性,使聚合反应终止的物质。

小白：那看门狗还有凋亡机制又是什么呢？

大东：看门狗定时器是一个关闭设备的计时器，如果设备达到零，它就会关闭设备。凋亡是细胞自我破坏的过程，类似于某些生物细胞，可以对纳米机器人进行编程，使其在一定时间后自动消除自身。

小白：既然纳米机器人也是属于机器人范畴的，那如何能保护纳米机器人免遭未经授权的访问呢？

大东：对于这个问题，有三种类型的安全措施，即反恶意软件程序、校验和、没有后门的经过正式证明的系统。

小白：反恶意软件程序是什么呀？

大东：反恶意软件程序有助于发现潜在的病毒或风险程序，保护计算机免受病毒、蠕虫、特洛伊木马的威胁。它能够找到已知和未知的恶意软件，无论它们是否已经感染了你的机器，或者防止它们设置。

小白：校验和又是什么呢？

大东：校验和有助于安全管理人员检验信息是否被改变。安全管理员需要识别纳米机器人中应保持不变的所有信息，并为其计算校验和，来判断是否接到了所有的数据以及传输的数据是否正确。

小白：后门是什么呢？

大东：后门程序一般是指那些绕过安全性控制而获取对程序或系统访问权的程序。在软件的开发阶段，程序员常常会在软件内创建后门程序以便可以修改程序设计中的缺陷。但是，如果这些后门被其他人知道，或是在发布软件之前没有删除后门程序，那么它就成了安全风险，容易被黑客当成漏洞进行攻击。

小白：除此之外，还有什么安全措施吗？

大东：纳米机器人还需要实施常规的信息安全措施，包括但不限于防火墙，数据包过滤和安全身份验证（例如加密和安全密码）。

小白：东哥，这些常规的安全措施都采用了什么原理呢？

大东：防火墙主要是借助硬件和软件的作用于内部和外部网络的环境间产生一种保护的屏障，从而实现对计算机不安全网络因素的阻断。数据包过滤器对所有通过它进出的数据包进行检查，并阻止那些不符合既定规则数据包的传输。

小白：安全验证是像我们平时输入密码一样吗？

大东：说对了一部分，安全验证有很多种措施，安全密码只是其中的一种，还可以利用技术手段把重要的数据变为乱码（加密）传送，到达目的地后再用相同或不同的手段还原（解密）。

未来的纳米机器人（图片来自网络）

四、纳米机器人的安全缺陷

小白：东哥，纳米机器人的未来价值这么大，那它会有什么安全缺陷吗？

大东：纳米技术植入物已经用于一些医疗，专家们说，他们应用的进步可能会对网络安全造成和物联网面临的威胁一样大。

小白：有什么安全问题吗？

大东：可能存在功能隐患，比如紧急停止功能失效，无法停止；或者使能功能失效；安全软限位失效，工作范围超出限定空间；控制力功能失效，碰撞力超出人体阈值等。

小白：确实，这些问题一旦发生那后果可是不堪设想啊。

大东：除此之外，为了方便对机器人的远程监控和维护，常嵌入远程访问系统。如果没有正确配置，它们将暴露在互联网上，其软件和协议也可能会存在安全漏洞，受到攻击后可能引发严重的后果。

小白：在这方面有什么具体的例子吗？

大东：2018年，美国食品和药物管理局因担心黑客攻击而下令召回近50万个起搏器，并需要进行固件更新，以修补这些设备的安全漏洞。

小白：这些恶意程序如何进入纳米计算机系统中的呢？

大东：与任何类型的基于计算机的设备一样，恶意的应用程序可以从内部纳米系统中出现。另一种破坏人类纳米植入物的方法是黑客在人体内建立一个由纳米颗粒组成的临时网络。这个网络可以通过利用人体的分子通讯系统将纳米颗粒转移到不同的位置来克服信号衰减的问题。

小白：这也太可怕了吧！

大东：如今，即使是在一个新系统上，黑客也可以在笔记本电脑中加载运行时病毒，并获得对计算机的根访问权限，这反过来又可以让几个人完全访问纳米机器人。

五、应对措施

小白：既然纳米机器人存在这么明显的安全缺陷，那怎样才能减少这种情况呢？

大东：在具体的安全功能设计和实现上，除了考虑紧急停止和使能两个关键功能以外，还应考虑冗余、元件平均危险失效时间、共因失效、故障诊断覆盖率等。

小白：是啊，这样就可以减少因零部件失效而引发的安全问题了。

大东：还应尽快深入开展纳米机器人安全攻防技术研究，对其进行检测和风险评估，建立安全预警平台，持续监测和保障人体与机器人网络安全。研发机构应加强对交互系统、操作系统、运动控制及导航系统的安全检测，即使修复安全漏洞，避免攻击者的非法破环。

小白：对的，东哥，监测也是必不可少的。

大东：当然除了网络安全问题，还要注意隐私信息的保护，乙方被不法分子利用，引起社会危害。

小白：是啊，现在的高科技犯罪也越来越多了。

大东：为了确保纳米机器人的安全性，各国政府将需要采取适用于纳米机器人的用户和制造商，医生，政府机构的监管措施。

小白：确实如此，各方都应有相应的监督措施。

大东：措施的目的必须是双重的，既要减少功能失调的纳米机器人的可能性，又要减少由纳米机器人引起的环境污染。只有立法者具有较高的科学理解水平，才能实现这些目标。

小白：东哥，现在各国有相应的政策或法规吗？

大东：目前还没有。实际上，目前在美国和一些欧盟国家中，有关纳米技术的法规存在广泛的辩论。

小白：怎么说呢？

大东：有些人认为在科学清楚地理解纳米技术可能对人类产生的影响之前，应禁止使用纳米技术。也有人认为，禁止所有纳米技术的益处将小于其支持者的预期。

小白：是啊，目前纳米机器人技术还不完善，确实应该考虑它的利弊问题。

大东：虽然大家对这项技术褒贬不一。但辩论的双方都可能会同意，所有国家必须起草并签署一项国际条约，以禁止生产基于纳米技术的大规模毁灭性武器。

小白：希望各国能早日制定出相应的国际条约，共同维护纳米技术的安全发展。

参考文献：

1. 《2018年度四大技术进步-研制出用于肿瘤治疗的智能型DNA纳米机器人》

http://www.bulletin.cas.cn/zhuanti2018/ch/reader/view_news.aspx?id=20190314101654285

2. 《Xenobots一Living Programmable NanoRobots》

https://medium.com/datadriveninvestor/xenobots-living-programmable-nanorobots-5896313f78f5

3. 《Hacking the Human Is the Next cyber Threat》

https://www.afcea.org/content/hacking-human-next-cyber-threat

4. 《Information Security of Nanorobots》

https://resources.infosecinstitute.com/topic/information-security-nanorobots/

来源：中国科学院信息工程研究所

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