纳米机器人尺寸介于100至1000纳米之间，为被设计去执行特殊任务的纳米机械。由于纳米是根据分子生物学原理为设计原型，其研发也属于“分子仿生学”的范畴，所以纳米机器人也可称为“分子机器人”。
纳米机器人的设计与制造，与我们普遍认知的“机器人”大不相同。现今的机器人研发方向多以模仿人类的行为为主，也就是所谓的人型机器人，以精密的机 械结构来执行双脚走路、单手抓取、双手搬运等动作，并且能对周遭环境变化做出立即且适当的反应，而这些动作须要有强大的侦测感知装置及高度协调的神经网络 作后盾。
纳米机器人的研发是起源于1990年代所盛行的微型机器人研究，并融合了在2000年后有重大突破的纳米科技所形成的“自然演进”发展。在此之前， 就有科幻电影描绘了微小潜艇穿梭于人体内的场景，例如1966年的《联合缩小军》(FantasticVoyage)及1987年的《惊异大奇航》 (InnerSpace)，而现今拜纳米科技之赐，这些科幻的虚拟构想将有机会得以实现。
在1990年代，纳米机器人的研究先驱EricK.Drexler，就已经描述了分子机械与分子制造的概念，另一位研究先驱 RobertA.Freitas，则是致力于发展医学纳米机器人的概念。现今，有越来越多的研究单位聚焦于纳米机器人的研发，从概念衍生出的实体研究成果 发表也快速地增长，纳米机器人的研发领域也持续扩张，纳米机器人的型态也更趋完整与精密。
广义的来说，“纳米机器人”一词也可用于具有纳米尺寸精密准确度的大尺寸机械臂之上，也就是说，即使机械臂是庞大的机器，但只要其末端操作器可以完 成纳米操作的任务，则此类机械臂也是属于纳米机器人学所研究的范围，但我们不会直接将之称为纳米机器人，而是将这类型的机械臂称为“纳米机械臂”。
想要做出具有实用性的纳米，还有一段长路要走，直得庆幸的是，纳米机器人的研发已经开始了，而且还有许多令人振奋的进展及突破，未来还是蛮值得期待的。
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当今机器人已成为科学界的热门话题，随着20世纪90年代纳米技术的兴起，人们对微型机器人的研究便在全世界范围内开花，特别是对纳米机器人在生物医学上的应用研究。21世纪是生命科学的时代，纳米技术与生物医学结合而形成的纳米生物学将是21世纪生命科学的重要组成部分，而纳米机器人将是纳米生物学中最具诱惑力的成就。
纳米机器人的研制属于分子仿生学范畴，它根据分子水平的生物学原理设计制造，并在纳米空间控制、操作。它可以精确杀死癌细胞，疏通血栓，清除动脉内的脂肪沉积，清洁伤口，粉碎结石等。以色列科学家目前研制了一种微型纳米机器人，它可以在人体内“巡逻”，在锁定病灶后自动释放所携带的药物。
或将成为癌症克星
纳米技术的灵感，来自于已故物理学家理查德·费曼于1959年所作的一次题为《在底部还有很大空间》的演讲。费曼认为，物理学的规律不排除逐个原子地制造物品的可能性，人类可以用小的机器制作更小的机器，最后将变成根据人类意愿，逐个地排列原子，制造产品，这是关于纳米技术最早的梦想。
费曼说：“当你将这种力学外科医生放入血管内，它会进入心脏并四处‘巡视’、检查，如果它发现心脏的瓣膜出现了问题，它会拿起一把小刀，将其切除。”
尼尔森的纳米机器人目前可能没有这把小刀，但其制造出的纳米机器人无疑也有其独特之处：其外形从普通的大肠杆菌那儿获得灵感，大肠杆菌被一条名为鞭毛的旋转“尾巴”所推动。尼尔森解释道：“大肠杆菌拥有旋转马达，现在我们还无法制造出马达，我们还没有这种技术，但我们可以使用磁力来移动这些纳米机器人。”
科学家们已经在实验室，在眼部极端精细的环境下对这些纳米机器人进行了测试，实验表明，这些机器人能够游过(眼睛的)玻璃状液——填充眼球的凝胶，并将药物递送到视网膜区域来治疗老年黄斑变性，这是老年人致盲的主要原因之一。
尼尔森表示，在眼睛内进行的测试表明，除了治疗眼病以外，这种纳米机器人也能在其他领域大展拳脚，比如治疗心脏病。在这种情况下，纳米机器人会被一个直径约为2至3毫米的导管引到需要被治疗的区域。
当然，也可使用这一技术将纳米机器人送到大脑和其他目标区域，包括更小的肠道以及尿道等。要想对这些地方进行治疗，需要极高的精确度。因此，纳米技术被认为是我们未来对抗癌症的最好武器。
为了保持其处于无菌状态，研究人员在“绝对无尘”的环境下制造出了这些纳米机器人。他们将于今年年内对这一技术进行临床测试。
虽然想象无比美好，美国、日本以及中国一些研究机构也都成功研发出了应用于各种疾病检测治疗的纳米机器人，但迄今为止，纳米机器人技术依然停留在研发试验阶段，还没有哪个项目的成果真正进入临床。
谷歌的纳米磁性粒子同样如此，安德鲁·康拉德坦言，虽然谷歌同时还在开发一种磁性可穿戴式设备，用来计算这些纳米粒子的分布，但对于如何引导粒子机器人到指定的目的地、或者绑定特定的目标细胞，目前也还没有成熟的解决办法。
科研人员还没有给纳米机器人找到成熟精准的"导航系统"。比起现实世界的城市或公路网络，人体内的静脉和动脉网络要复杂得多，而且纳米机器人如果不停留在人体内，就必须为它找到合适的出口。
另外一个问题同样难住了科学家们，即纳米机器人的动力系统。纳米机器人的体积已经是分子级别，在这种情形下，制造一种更小的电池放进纳米机器人体内变得极其困难。
即使成功制造出这种纳米级电池，在当前电池技术水平下，电能大小与体积直接相关，过小的电池体积也注定了这块电池无法满足纳米机器人完成任务所需要的能量。
除了这些技术障碍，技术监管和社会意识的风险同样不容忽视。谷歌的纳米粒子机器人初步设计以药片的形式提供，吞服到人体内，就意味着将面临比体外各种检测仪器更严格的监管力度。
而在人体内24小时不间断检测数据的做法，也会让谷歌以及纳米机器人面临不少质疑。在此之前，谷歌等企业收集用户隐私的行为已经广受抱怨，纳米机器人深入人体，更容易让人产生更为可怕的联想。
以上问题导致纳米机器人的现状一直不温不火，但这并非意味着纳米机器人没有未来。
技术层面，目前看来，导航系统的难题正在得到解决。研究人员已经从内部和外部找到了不少可以进一步寻求突破的方案。
内部的导航方案即纳米机器人自带传感器。得益于纳米技术的发展，传感器如今的技术水平也有了质的飞跃。为纳米机器人配备化学或者光谱纳米传感器，就能够探测并根据特定的化学或光感追踪技术，找到正确的位置。
外部的方案更多，可以向纳米机器人发射超声波信号、无线电波、X射线，引导纳米机器人的走向。当然也可以采用谷歌的解决方案，使用配套的可穿戴设备，利用磁场来指引道路。
动力系统的解决办法则麻烦一些，有研究人员想到了利用血液中的电解液作为能力，通过纳米机器人自身携带的化合物与血液反应产生能量。还有研究人员提出可以使用核能，解决了体积和能量的矛盾，不过由于公众对核能固有偏见，真正应用中很难被采用。现实社会的监管和道德问题看似很复杂，但实际上只要有合适的契机，同样有可能快速取得突破。
"想想看，如果人们可以通过纳米机器人系统自行完成医疗诊断测试过程，谁会不希望更快地加入其中。这背后，又能产生多少新型的巨大的商业机会。"安德鲁·康拉德说。当然，这一切的前提，是有一个综合所有最优技术的、成熟的、临床可行的纳米机器人解决方案。
仿生学是根据生物学原理而进行的，它是生物物理学的一个重要分支。物理学家总是模仿生物的行为制造各种灵巧的机器，飞机是模仿鸟类飞行的产物，照相机是眼睛的仿制品，智能机器人更是当前科学家热衷发展的技术。
当纳米技术朝仿生学渗透时，其基本内容就是研制微型机器人，制造一些仅有数千个原子组成的机器，使它们可以在细胞水平的微小空间内开展工作。
瑞典已经开始制造微型医用机器人。据报道，这种机器人由多层聚合物和黄金制成，外形类似人的手臂，其肘部和腕部很灵活，有2到4个手指，实验已进入能让机器人捡起和移动肉眼看不见的玻璃珠的阶段。科学家希望这种微型医用机器人能在血液、尿液和细胞介质中工作，捕捉和移动单个细胞，成为微型手术器械。
微型机器人的设计是基于分子水平的生物学原理。事实上，细胞本身就是一个活生生的纳米机器，细胞中的每一个酶分子也就是一个个活生生的纳米机器人。
蛋白分子构象的变化使酶分子中不同结构域的动作就像微型人在移动和重新安排有关分子的原子排列顺序。细胞中的很多结构单元都是执行某种功能的微型机器：核糖体是按照基因密码的指令安排氨基酸顺序制造蛋白质分子的加工器；高尔基体是给新制造的蛋白质进行修饰的加工厂；加工好的蛋白质可以按照信号肽的指令由膜襄泡运送到确定的部位发挥功能；完成了功能使命的蛋白质还会被贴上标签，送去水解成氨基酸以备再用。细胞的生命过程就是一批又一批的功能相关的蛋白质组群不断替换、更新行使功能的过程，这些生命过程所需的一切能量来自太阳。植物叶子中叶绿体是把太阳能转化成化学能从而制造粮食的加工厂；线粒体是把粮食中储存的太阳能释放出来从而制造能量货币ATP的车间；我们每人每天都要消耗大约相当于自身体重那么多的ATP分子，以支持我们的生命活动和繁忙的工作。细胞发生的所有这一切都是按照DNA分子中的基因密码序列指令井然有序地进行的。
纳米技术和仿生学的结合可以使生物物理学家仿照生命过程的各个环节制造出各种各样的微型机器人。可以预料，直接利用太阳能制造食物的机器可能将在21世纪出现；利用纳米技术可以制造在血管中游走的机器人，以便专门清除血管壁上的沉积物，减少心血管疾病的发病率；利用纳米技术还可以制造能进入组织间隙专门清除癌细胞的机器人，所以这些都已不再是天方夜谭。