Kako "molekularne lego kocke" odpirajo vrata do prave nanotehnologije

Oglas

Roboti so kul. Roboti, ki delujejo na molekularni ravni? Ti so še bolj kul - in ni omejitev, kaj bi lahko dosegli.

Medtem ko znanost že več sto let navdušujejo nemogoče majhni gradniki sveta, je to šele od osemdesetih let prejšnjega stoletja, da sta znanstveno razumevanje in tehnološki razvoj resnično omogočila, da je nanoznanost aktivno raziskovalno področje.

Navajeni smo razmišljati o impresivnih robotih kot o neverjetno velikih ali neverjetno zapletenih, vendar novih in vznemirljiv razvoj je pustil, da je nanorobotika pripravljena popolnoma na novo opredeliti številna področja znanosti in tehnologijo.

Kako majhni se pogovarjamo, točno?

Nanorobotika se ukvarja z materiali na molekularni ravni in manjših, kar pomeni, da nanoroboti delajo s posameznimi atomi, beljakovinami, molekulami in celicami.

Eden najlažjih načinov za razumevanje, zakaj je nanoznanost tako pomembna, je razmišljanje o vseh teh nanoskopskih atomih kot o LEGO blokih.

Podobno kot LEGO lahko atome in molekule združimo na nešteto načinov, da ustvarimo karkoli v naravnem svetu, in ta sposobnost odpira vrata vplivanju na dobesedno vsak vidik našega življenja.

Če analogija LEGO ne deluje, so "MicroBots" Big Hero 6 še en precej dober način za konceptualizacijo nanoroboti – ne pozabite, da so nanoroboti nekaj milijonov krat manjši od izmišljenih mikroboti!

Kaj počnejo nanoroboti?

Nanotehnologija nam je že omogočila izdelavo močnejših in trajnejših materialov z manipuliranjem molekularnih struktur in je bila gonilna sila veliko sodobne tehnologije (vključno s plastično folijo, ki sestavlja vaš prenosnik ali telefon zaslon!).

Nanorobotske raziskave imajo drugačen poudarek in njihove aplikacije so veliko bolj razburljive.

Nedavni raziskovalni preboji so ustvarili nanorobote, ki so sposobni opravljati visoko specializirane funkcije na nanoskopski ravni. Nekateri nanoroboti delujejo kot stikala, drugi kot črpalke, tretji pa kot motorji, ki lahko poganjajo tega nanorobota po vesolju in skozi tekočino.

Te varljivo preproste molekularne stroje je mogoče uporabiti za izdelavo polipeptidov po meri iz aminokislin; uporabljajo natančno časovno odmerjene kemične reakcije za "hodenje" po okoljih, ki so premajhna ali preveč sovražna za druge mehanizme; in delujejo kot pot za prenos ključnih molekul iz enega kraja v drugega.

Številne aplikacije nanorobotov že na novo definirajo tehnologijo, medicino in znanost o okolju — in nanoroboti so res v povojih, če upoštevate vse, kar bi lahko dosegli v prihodnost!

Kako izgleda prihodnost nanorobotov?

Nanorobotski računalniki

Od leta 1994 se razvijajo stikala za nanorobote, ki so občutljiva na svetlobo in kemikalije, kar daje ustvarjalcem vpliv na to, kdaj (ali ne) opravljajo predvideno funkcijo.

Še ena odlična uporaba stikal? Osnovne računalniške naloge.

Trenutno si raziskovalci prizadevajo za kodiranje informacij v nanorobotih na enak način kot v večjem računalniku. Nanoroboti so že lahko nastopili naloge shranjevanja/iskanja pomnilnika na osnovni ravni, toda v bližnji prihodnosti bo ta tehnologija uporabljena za ustvarjanje pomnilniških celic z visoko gostoto, ki lahko shranijo nemogoče velike količine informacij v nemogoče majhnem fizičnem prostoru.

Zdravljenje raka z nanoroboti

Nanotehnologija spreminja medicino Kako nanotehnologija spreminja prihodnost medicinePotencial nanotehnologije je brez primere. Pravi univerzalni sestavljavci bodo uvedli globok premik v človeškem stanju. Seveda je do tega še dolga pot. Preberi več , in se hitro spreminja. Nanoroboti ponujajo zdravnikom možnost, da bolezni zdravijo pri njihovem molekularnem viru, in tej priložnosti ni para pri nobenem zdravilu na trgu.

Nanorobotska stikala, ki so občutljiva na določeno valovno dolžino svetlobe, se obravnavajo za uporabo pri zdravljenju raka. Eno potencialno zdravljenje je prenevarno za uporabo v svoji trenutni obliki, ker ne more razlikovati med rakavimi in nekanceroznimi celicami.

Borowiak et al kažejo, da če bi bilo v zdravljenje vključeno stikalo za nanorobote, občutljivo na svetlobo, bi lahko z virom svetlobe ciljali na območje, široko do 10 mikrometrov. Svetloba bi povzročila, da se stikalo nanorobotov "obrne", s čimer bi spojino aktivirali na način, ki bi odstranil samo ciljne rakave celice, hkrati pa omogočil preživetje zdravih celic. Še najboljše, če bi bila ta stikala za večkratno uporabo, bi to lahko močno zmanjšalo količino invazivnih postopkov, s katerimi bi se moral soočiti nekdo, ki se zdravi z rakom!

Nanorobot, M.D.

Še en vznemirljiv medicinski potencial je močno odvisen od nanorobotovskih motorjev, ki jih je mogoče nadzorovati od daleč, da dostavijo zdravila na točno določeno mesto v telesu. Ti motorji so običajno izdelani z ustvarjanjem kemične reakcije, ki poganja robota skozi tekočino. Do nedavnega so se ti motorji pogosto zanašali na kemične reakcije, ki niso bile varne za človeško uporabo.

Nedavni razvoj motorjev nanorobotov Gao et al naredili veliko varnejše! Drobne motorje nanorobotov je mogoče ustvariti z reakcijo cinkovega jedra motorja nanorobotov v obliki cevi z želodcem kislina – varna kemična reakcija, ki lahko omogoči hitro dovajanje zdravila v želodčno sluznico. Doslej je bil ta postopek preizkušen le na podganah, vendar so zaenkrat študije obetavne.

Razvijajo se tudi magnetni nanoroboti, ki lahko hitro (v nekaj sekundah!) dostavijo zdravila skozi krvni obtok s pomočjo magnetnega polja (prikazano v spodnjem videu)

Nanoroboti v okolju

Veliko raziskav nanorobotov se osredotoča na zmanjšanje procesov, vendar je enaka vrednost tudi pri opazovanju njihovega vpliva na makro lestvici. Na stotine tisoč mikroskopskih nanorobotov, ki sodelujejo v usklajenih prizadevanjih, je morda naše edino upanje varčevanje okolja 5 načinov, kako bo tehnologija rešila okoljeTehnologija je pogosto obravnavana kot protiekološki zlobnež – toda ali ste vedeli, da se trenutno uporablja napredna tehnologija pri vrhunskem ohranjanju? Preberi več .

Pomembna količina raziskav okoljske nanotehnologije je osredotočena na to, ali so nanoroboti lahko v pomoč pri odpravljanju onesnaževanja ali ne. Onesnaževanje je doseglo krizno raven na mestih, kot je Kitajska, in nanoroboti, ki so dovolj lahki, da se dvignejo v zrak, bi morda lahko zadrževati onesnaževala na nanoskopski ravni ali biti razporejeni v tovarnah, ki proizvajajo emisije, da bi zaustavili onesnaževanje na svojem vir.

Podobno obstaja upanje, da se bodo razvili nanoroboti, ki jih bo mogoče množično sproščati za boj proti nesrečam, kot je razlitja nafte. Z nedavnim delom, ki poučuje nanobote, da delujejo kolektivno, je možno, da bi se lahko vsak motor nanorobotov spopadel z posamezne molekule olja, medtem ko sodelujejo z vsemi drugimi nanoboti, izdanimi za isto namen.

Zadnja neverjetna priložnost, ki se predstavlja z nanotehnologijo v naravnem okolju, je njihov potencial za ustvarjanje čiste pitne vode. Številna območja na Zemlji trenutno trpijo zaradi pomanjkanja sveže, varne pitne vode – problem, ki bi ga morda lahko rešili nanoroboti. Povsem možno je, da bodo nanoroboti lahko odstranili bakterije in druge onesnaževalce iz nečistih vodnih virov, kar bi lahko rešilo ogromno življenj.

Obstaja veliko delovna mesta, ki jih bodo prevzeli roboti Kaj se zgodi, ko lahko roboti opravijo vsa opravila?Roboti postajajo hitro pametnejši – kaj se zgodi, ko lahko vsako delo opravijo bolje in ceneje kot ljudje? Preberi več , vendar ljudje niso več dovolj, ko gre za delo, ki ga je treba opraviti v okolju, zato je razburljivo videti, da se lahko celotno to področje oživi z nanotehnologijo!

Nanoroboti v športu

Znanstveniki so moji najljubši ljudje. Samo so.

Znanstveniki z Nacionalnega inštituta za znanost in tehnologijo (NIST) so razvili nanorobote, ki lahko igrajo solidno nogometno igro z uporabo riževega zrna za polje in žoge, ki je manjša od človeških las kot žoga. Nanorobote upravljajo magnetna polja ali elektronski signali in so izdelani iz materialov, kot so aluminij, zlato in silicij.

Rad bi verjel, da je bil to njihov končni cilj, resnica pa je, da takšne igre pomagajo znanstvenikom pri merjenju česa so zmožni nanoroboti (vključno z agilnostjo, manevriranjem in odzivnostjo) in kako natančno prilagoditi svoje oblikovanje.

Kaj je še na Horizontu?

Eden najbolj vznemirljivih delov nanotehnologije je, da smo, kar zadeva znanost, v zadnjih tridesetih letih komaj opraskali o njenem potencialu.

Razmišljanje o potencialnem obsegu vpliva, ki bi ga lahko imeli ti nanoroboti, je navdihujoče, neverjetno... in tudi nekoliko grozljivo. Obstaja veliko razpoloženje proti robotom v svetu HitchBot's Demise dokazuje, da ZDA niso pripravljene na robote Preberi več , vsekakor pa sega tudi na nanorobote. Kritiki nanotehnologije pogosto izražajo zaskrbljenost, da se nanoroboti uporabljajo za negativni vpliv na zdravje ljudi in njihov potencial kot orožje.

Te kritike so veljavne in pomembno bo zagotoviti, da se moči nanotehnologije uporabljajo v dobro in ne v zlo.

Vendar ali v tem primeru dobro, ki lahko pride iz nanorobotov za zdravje ljudi, tehnologijo, okolje in mikroskopske športe, vsekakor odtehta tveganja?

Katera bo po vašem mnenju najbolj vznemirljiva uporaba nanotehnologije? Ali imate pomisleke glede njegove uporabe?

Kredit za sliko: Lego DNK avtor Michael Knowles prek Flickra, Mirexon preko Shutterstock.com; ktsdesign prek Shutterstock.com