เมื่อกล่าวถึงนาโนเทคโนโลยีแล้ว  บ่อยครั้งที่คนโดยทั่วไปก็จะนึกถึงหรือจินตนาการเกี่ยวกับเรื่องราวของความเหนือธรรมชาติ  หรือเป็นเรื่องราวเสมือนกับความฝันในสิ่งที่มนุษย์อยากจะให้มีเพื่อประโยชน์ต่าง ๆ   ตัวอย่างเช่น  การสร้างหุ่นยนต์ขนาดเล็กจิ๋ว (หากเป็นในปัจจุบันอาจจะเรียกได้ว่าเป็นหุ่นยนต์นาโน) เพื่อที่จะใช้หุ่นยนต์เล็กจิ๋วนี้ให้เข้าไปทำงานอยู่ภายในร่างกายของเรา  เช่น  อยู่ในเส้นเลือดหรือกระแสเลือดภายในร่างกาย เพื่อให้หุ่นยนต์ทำหน้าที่ในการรักษา ต่อสู้กับเชื้อโรคต่างๆ ซ่อมแซมเม็ดเลือดหรืออวัยวะภายในที่บกพร่อง  หรือให้ทำการขจัดสิ่งแปลกปลอมทุกชนิดที่ขัดขวางการทำงานของระบบต่างๆ ภายในร่างกาย  เป็นต้น (ซึ่งในอดีตก็เคยมีการนำนวนิยายวิทยาศาสตร์  ที่เป็นเรื่องราวในลักษณะของการจินตนาการเช่นนี้มาสร้างเป็นภาพยนตร์แล้วเช่นกัน  ตัวอย่างเช่น  ภาพยนตร์เรื่อง The fantastic voyage ซึ่งเป็นเรื่องราวที่มีการย่อขนาดของนักวิทยาศาสตร์  ทหาร  แพทย์  และหุ่นยนต์พาหนะคล้ายเรือดำน้ำจิ๋วที่มีภารกิจกู้ชีวิตภายในร่างกายของผู้ป่วย) 

          แนวคิดเกี่ยวกับหุ่นยนต์นาโนนั้น หุ่นยนต์นาโนเป็นหุ่นยนต์เชิงกลหรือเป็นเสมือนจักรกลที่มีขนาดอยู่ในระดับนาโนเมตร ประกอบขึ้นมาจากกลุ่มอะตอมจำนวนน้อยๆ เป็นส่วนประกอบต่างๆ โดยต้องอาศัยคุณสมบัติในการเป็นผู้ประกอบตัวเองได้ (self-assembler) ก็คือสามารถที่จะจัดเรียงกลุ่มอะตอมหรือโมเลกุลได้อย่างถูกต้องแม่นยำและในตำแหน่งที่เหมาะสม  เพื่อที่จะสร้างขึ้นเป็นโครงสร้างของตนเอง  และต้องมีคุณสมบัติของการเป็นผู้ทำสำเนาตัวเองได้  (self-replicator) ก็คือสามารถที่จะดำเนินการสร้างตัวมันเองขึ้นมาใหม่ได้อีกหลายๆ ครั้ง  เพื่อขยายเผ่าพันธุ์ของตัวเองได้

          แต่ในแนวคิดนี้ก็เป็นข้อถกเถียงกันในหมู่นักวิทยาศาสตร์พอสมควร โดยมีทั้งกลุ่มที่เชื่อว่าการสร้างหุ่นยนต์นาโนนี้สามารถเป็นไปได้ และมีอีกกลุ่มที่ไม่เชื่อว่าจะเป็นไปได้ ซึ่งกลุ่มที่ไม่เชื่อว่าจะเป็นไปได้นั้นให้เหตุผลว่าในการที่เราจะจัดการแยกอะตอม  หรือจัดเรียงเพื่อรวมอะตอมเข้าด้วยกันนั้น จำเป็นที่จะต้องใช้พลังงานจำนวนมหาศาลในการจัดการ อีกทั้งการที่เราจะจัดการหยิบจับอะตอมแต่ละตัว  เพื่อนำมาจัดเรียงและสร้างเป็นโครงสร้างหุ่นยนต์ตามที่เราต้องการได้นั้น  จะต้องมีนิ้วหรือมีเครื่องมือที่จะนำมาใช้ประกอบที่มีขนาดเท่าๆกันกับอะตอมด้วย เพราะถ้ามีขนาดใหญ่กว่าก็จะทำได้ลำบากหรืออาจจะทำไม่ได้เลย  อีกประการหนึ่งแม้ว่าเราจะมีนิ้วระดับนาโนหรือเครื่องมือที่เล็กขนาดเท่ากับอะตอม  ที่สามารถมาจับหรือหยิบอะตอมได้แล้วก็ตาม แต่ในการจัดเรียงอะตอมก็จะมีแรงดึงดูดจำนวนมหาศาลระหว่างอะตอมที่จะเป็นอุปสรรคอีกเช่นกัน

          แต่อีกกลุ่มหนึ่งก็ยังเชื่อว่าการสร้างหุ่นยนต์นาโนนี้สามารถเป็นจริงได้ในอีกไม่นาน  โดยเมื่อไม่นานมานี้ก็ประสบความสำเร็จในการสร้างแขนกลขนาดจิ๋ว ระดับไมโครเมตรที่สามารถทำงานในการประกอบวัสดุได้อย่างมีประสิทธิภาพ  โดยการสร้างด้วยเทคโนโลยีระบบเครื่องกลไฟฟ้าจุลภาค (MEMS) ซึ่งก็ใกล้ความเป็นจริงของการสร้างหุ่นยนต์นาโนเข้ามาอีกก้าวหนึ่ง ซึ่งจะต้องย่อแขนกลจิ๋วนี้ให้เล็กลงไปกว่าเดิมอีกพันเท่าถึงจะจับอะตอมได้จริง  และยิ่งในปัจจุบันก็มีเครื่องมือที่สามารถจะจัดเรียงอะตอมทีละตัวได้อย่างถูกต้องและแม่นยำได้แล้ว  โดยการใช้เครื่องมือที่มีปลายแหลมเล็กระดับนาโนเมตร (หรือมีขนาดเล็กระดับอะตอม)  ดังนั้นความเป็นไปที่มนุษย์จะหยิบจับอะตอมทีละตัวแล้วนำมาจัดวางเรียงตัวทีละอะตอมนั้นเป็นเรื่องที่เป็นไปได้อยู่แล้ว  อีกทั้งหากพิจารณาถึงสิ่งที่มีลักษณะเหมือนหุ่นยนต์นาโนที่มีอยู่แล้วในธรรมชาติ ก็ยิ่งจะเห็นได้ว่าโอกาสของความเป็นไปได้ในการสร้างหุ่นยนต์นาโนก็ยิ่งเพิ่มมากขึ้นอีกด้วย

         ตัวอย่างเช่นโปรตีน  ซึ่งเป็นเสมือนหุ่นยนต์นาโนของธรรมชาติที่น่าอัศจรรย์อย่างยิ่ง โดยที่โปรตีนมีคุณสมบัติในการที่จะสามารถประกอบตัวเองได้ จากผลการวิจัยที่นักวิทยาศาสตร์เคยทำโดยการทดลองแยกไรโบโซมออกเป็นโมเลกุลย่อยๆ พบว่าไรโบโซมประกอบไปด้วยโปรตีนหน่วยย่อยเกือบ 50 หน่วยย่อย หลังจากนั้นลองนำเอาโปรตีนที่แยกได้ผสมรวมกันใหม่ในหลอดทดลอง ผลที่ได้พบว่า โมเลกุลโปรตีนเหล่านั้นสามารถรวมตัวกันได้เองจนกลับมาเป็นไรโบโซมได้เหมือนเดิมอีกครั้ง และอีกตัวอย่างหนึ่งที่เกิดผลเช่นเดียวกัน  โดยการทดลองแยกไวรัส T4 ซึ่งเป็นไวรัสที่เกาะกินแบคทีเรีย ออกเป็นโมเลกุลโปรตีนชนิดต่างๆ จากนั้นนำกลับมารวมกันใหม่ในหลอดทดลอง ผลที่ได้พบว่าโมเลกุลโปรตีนเหล่านั้นสามารถที่จะกลับมารวมตัวกันเกิดเป็นไวรัส T4 ได้อีกครั้งเช่นเดียวกัน

          นอกจากความสามารถในการประกอบตัวเองได้แล้ว โปรตีนยังเป็นเสมือนหุ่นยนต์นาโนที่มีความมหัศจรรย์  โดยสามารถที่จะช่วยเหลือในการทำสำเนาตัวเองได้ของอาร์เอ็นเออีกด้วย จากผลการทดลองที่มีผู้แยกเอาโมเลกุลของอาร์เอ็นเอออกจากเซลล์มาใส่ในหลอดทดลอง แล้วใส่หน่วยย่อยของอาร์เอ็นเอและอื่นๆ ที่จำเป็นต่อการสร้างอาร์เอ็นเอลงไป จากนั้นนำเอาเอนไซม์ที่ช่วยในการสร้างอาร์เอ็นเอใส่ลงไปด้วย ผลที่ได้พบว่าอาร์เอ็นเอที่จับคู่กันอยู่เริ่มแยกออกจากกัน และเอนไซม์ที่ใส่ลงไปจะค่อยๆ นำเอาสารที่ใส่ลงไปมาสร้างเป็นคู่ให้กับอาร์เอ็นเอที่อยู่เดี่ยวๆ ขึ้นมาใหม่ เมื่อได้อาร์เอ็นเอที่เป็นคู่กันแล้วก็จะสามารถแยกตัวออกจากกันอีก แล้วเอนไซม์ก็จะนำเอาสารที่ใส่ลงไปมาสร้างคู่ของอาร์เอ็นเอได้อีก โดยเกิดเป็นวงจรเช่นนี้จนกระทั่งไม่มีสารที่จำเป็นเหลืออยู่ภายในหลอดทดลอง ดังนั้นแล้วจะเห็นว่าโปรตีนมีทั้งความสามารถในการประกอบตนเองและการทำสำเนาตนเองได้ ซึ่งอาจจะนำมาสู่การสร้างเป็นกลไกที่มนุษย์สามารถออกแบบให้เกิดขึ้นกับนาโนเทคโนโลยีของมนุษย์ได้

          ความคาดหวังหรือจินตนาการเกี่ยวกับจักรกลนาโนที่สามารถดำเนินการหรือจัดการสิ่งต่างๆ ในระดับอะตอมได้อย่างถูกต้องและแม่นยำ ซึ่งเป็นเป้าหมายรากฐานของนาโนเทคโนโลยีนั้น  วิถีทางหนึ่งที่คาดการว่าน่าจะเป็นไปได้ คือการสร้างจักรกลนาโนที่เป็นดังผู้ประกอบระดับนาโนที่เป็นโมเลกุล  ที่สามารถประกอบโครงสร้างที่ซับซ้อนในระดับนาโนเมตรได้ โดยการจัดเรียงและเคลื่อนย้ายส่วนประกอบหรือชิ้นส่วนต่างๆ ที่จะประกอบเป็นโครงสร้างนาโนเข้าสู่ตำแหน่งที่ถูกต้องเหมาะสมได้  โดยอาศัยการทำงานเชิงกลของส่วนประกอบส่วนต่างๆ ที่มีขนาดในระดับนาโนเมตรร่วมกัน เช่น ฟันเฟือง  เพลา   และลูกปืนลดแรงเสียดทานในระดับนาโนเมตร  เป็นต้น

          ศาสตราจารย์อีริค เดร็กซเลอร์ (Eric Drexler) เป็นบุคคลแรกที่นำเสนอแนวคิดเกี่ยวกับการสร้างจักรกลโมเลกุลนี้ แต่ก็เป็นแนวคิดที่มีการถกเถียงกันมากพอสมควรในแนวทางของความเป็นไปได้ และก็ดูเหมือนว่าศาสตราจารย์เดร็กซเลอร์อาจจะไม่ต้องรอนานมากนักในการพิสูจน์แนวคิดนี้ เพราะเมื่อไม่นานมานี้ได้มีผู้สาธิตการสังเคราะห์โมเลกุลง่ายๆ โดยใช้แขนปลายแหลมของ เครื่อง AFM (atomic force microscope) ควบคุมการสังเคราะห์โมเลกุลทีละอะตอมได้สำเร็จแล้ว  ซึ่งก็ถือว่าเป็นก้าวที่สำคัญของความเป็นไปได้ในการสร้างผู้ประกอบระดับนาโน  แม้จะมีนักวิทยาศาสตร์จำนวนมากที่ยังลังเล และไม่แน่ใจกับความเป็นไปได้ของจักรกลโมเลกุลก็ตาม แต่ธรรมชาติกลับเป็นคำตอบที่ให้ความมั่นใจได้ว่า จักรกลโมเลกุลนั้นไม่ใช่สิ่งเพ้อฝัน ธรรมชาตินั้นใช้จักรกลโมเลกุลเพื่อสร้างสิ่งมีชีวิตต่างๆขึ้นมาทั้งสิ้น เริ่มจากโมเลกุลดีเอ็นเอ อันเปรียบเสมือนเป็นหน่วยความจำที่เก็บรหัสข้อมูลของเซลล์ สามารถดำเนินการส่งผ่านข้อมูลไปยังอาร์เอ็นเอ เพื่อให้อาร์เอ็นเอนำคำสั่งเหล่านี้ไปดำเนินการร่วมกันกับไรโบโซม  เพื่อทำการสังเคราะห์โปรตีนขึ้นมา ซึ่งไรโบโซมก็ทำหน้าที่เป็นเสมือนโรงงานในการผลิตระดับโมเลกุล โดยทำหน้าที่สร้างโปรตีนเพื่อส่งไปใช้ ทั้งภายในเซลล์และภายนอกเซลล์ ดังนั้นจะเห็นได้ว่าจักรกลโมเลกุลเหล่านี้เป็นไปได้อยู่แล้วในธรรมชาติ ด้วยเหตุน  ี้อีกไม่นานเราอาจจะมีจักรกลโมเลกุลเหล่านี้ที่เกิดจากการสังเคราะห์โดยมนุษย์ตามวิถีทางของระบบธรรมชาติ  เพื่อนำมาใช้ประโยชน์ก็เป็นได้

จักรกลโมเลกุลตามแนวคิดของศาสตราจารย์อีริค เดร็กเลอร์

          นอกจากนั้นแล้วศาสตราจารย์เดร็กซเลอร์ได้เสนอทิศทางความเป็นไปได้ที่เกิดขึ้นจริงแล้ว  เกี่ยวกับโครงสร้างระดับโมเลกุลในธรรมชาติและในเซลล์ที่ทำหน้าที่คล้ายคลึงกันกับอุปกรณ์หรือเทคโนโลยีในปัจจุบัน  ซึ่งเขาได้เปรียบเทียบไว้เพื่อจุดประกายนำไปสู่แนวทางของการออกแบบระบบการทำงานระดับนาโน (nanosystem) ในอนาคตไว้ดังนี้