Kaip „molekuliniai legosai“ atveria duris tikroms nanotechnologijoms

Skelbimas

Robotai šaunūs. Robotai, kurie veikia molekuliniu lygiu? Jie dar šaunesni – ir nėra jokių apribojimų, ką jie gali pasiekti.

Nors šimtus metų mokslas žavėjosi neįtikėtinai mažais pasaulio statybiniais blokais, tai tik nuo devintajame dešimtmetyje, kad mokslinis supratimas ir technologijų plėtra iš tikrųjų leido nanomokslui tapti aktyvia tyrimų sritimi.

Mes įpratę galvoti apie įspūdingus robotus kaip neįtikėtinai didelius arba neįtikėtinai sudėtingus, bet naujus ir Dėl įdomių pokyčių nanorobotika yra pasirengusi visiškai iš naujo apibrėžti daugelį mokslo sričių ir technologija.

Tik kaip mažai mes kalbame?

Nanorobotika susijusi su medžiagomis molekuliniu lygiu ir mažesnėmis, o tai reiškia, kad nanorobotai dirba su atskirais atomais, baltymais, molekulėmis ir ląstelėmis.

Vienas iš paprasčiausių būdų suprasti, kodėl nanomokslas toks svarbus, yra galvoti apie visus tuos nanoskopinius atomus kaip apie LEGO kaladėles.

Panašiai kaip LEGO, atomai ir molekulės gali būti derinami nesuskaičiuojamais būdais, kad būtų galima sukurti bet ką gamtoje, ir ši galimybė atveria duris įtakoti tiesiogine prasme kiekvieną mūsų gyvenimo aspektą.

Jei LEGO analogija neveikia, Big Hero 6 „MicroBots“ yra dar vienas gana geras būdas suprasti nanorobotai – tik atminkite, kad nanorobotai yra kelis milijonus kartų mažesni už fiktyvius mikrobotai!

Ką veikia nanorobotai?

Nanotechnologijos jau leido mums gaminti tvirtesnes ir patvaresnes medžiagas manipuliuojant molekulinėmis struktūromis ir buvo daugelio šiuolaikinių technologijų varomoji jėga (įskaitant plastikinę plėvelę, kuri sudaro jūsų nešiojamąjį kompiuterį ar telefoną ekranas!).

Nanorobotinių tyrimų tikslas yra kitoks, o jų taikymas yra daug įdomesnis.

Naujausi mokslinių tyrimų laimėjimai sukūrė nanorobotus, kurie nanoskopiniu lygmeniu gali atlikti labai specializuotas funkcijas. Kai kurie nanorobotai veikia kaip jungikliai, kiti kaip siurbliai, o treti kaip varikliai, galintys varyti tą nanorobotą erdvėje ir per skystį.

Šios apgaulingai paprastos molekulinės mašinos gali būti naudojamos kuriant pasirinktinius polipeptidus iš aminorūgščių; panaudoti kruopščiai suplanuotas chemines reakcijas, kad „vaikščiotų“ aplinka, per maža arba per daug priešiška kitiems mechanizmams; ir veikia kaip kelias pagrindinėms molekulėms perkelti iš vienos vietos į kitą.

Daugybė nanorobotų pritaikymo būdų jau iš naujo apibrėžia technologijas, mediciną ir aplinkos mokslą – ir nanorobotai tikrai dar tik pradeda kurtis, kai pagalvoji apie viską, ką jie gali pasiekti ateitis!

Kaip atrodo nanorobotų ateitis?

Nanorobot kompiuteriai

Nanorobot jungikliai buvo kuriami nuo 1994 m., kurie yra jautrūs šviesai ir cheminėms medžiagoms, todėl kūrėjai gali įtakoti, kada jie atlieka (ar ne) atlieka numatytą funkciją.

Kitas puikus jungiklių pritaikymas? Pagrindinės skaičiavimo užduotys.

Šiuo metu mokslininkai siekia koduoti informaciją nanorobotuose taip pat, kaip tai darytumėte didesniame kompiuteryje. Nanorobotai jau galėjo pasirodyti atminties saugojimo/grąžinimo užduotys baziniame lygmenyje, tačiau artimiausiu metu ši technologija bus naudojama kuriant didelio tankio atminties ląsteles, kurios gali saugoti neįmanomai didelius informacijos kiekius neįmanomai mažoje fizinėje erdvėje.

Nanoroboto vėžio gydymas

Nanotechnologijos keičia mediciną Kaip nanotechnologijos keičia medicinos ateitįNanotechnologijų potencialas yra precedento neturintis. Tikri universalūs surinkėjai iš esmės pakeis žmogaus būklę. Žinoma, laukia dar ilgas kelias. Skaityti daugiau , ir tai greitai keičiasi. Nanorobotai suteikia gydytojams galimybę gydyti ligas iš jų molekulinio šaltinio, o ši galimybė neprilygsta jokiems vaistams rinkoje.

Nanorobot jungikliai, jautrūs tam tikram šviesos bangos ilgiui, yra svarstomi naudoti vėžio gydymui. Vienas iš galimų gydymo būdų yra pernelyg pavojingas naudoti dabartine forma, nes jis negali atskirti vėžinių ir ne vėžinių ląstelių.

Borowiak ir kt rodo, kad jei į gydymą būtų įtrauktas šviesai jautrus nanoroboto jungiklis, šviesos šaltiniu būtų galima nukreipti net 10 mikrometrų pločio plotą. Dėl šviesos nanoroboto jungiklis „apverstų“, suaktyvindamas junginį tokiu būdu, kuris pašalintų tik tikslines vėžio ląsteles ir leistų išgyventi sveikoms ląstelėms. Dar geriausia, jei šiuos jungiklius būtų galima naudoti pakartotinai, tai galėtų labai sumažinti invazinių procedūrų skaičių, su kuriais tektų susidurti tiems, kurie gydomi vėžiu!

Nanorobot, M.D.

Kitas įdomus medicininis potencialas labai priklauso nuo nanorobotų variklių, kuriuos galima valdyti per atstumą, kad vaistai būtų pristatyti į tikslią kūno vietą. Šie varikliai paprastai gaminami sukuriant cheminę reakciją, kuri varo robotą per skystį. Dar visai neseniai šie varikliai dažnai rėmėsi cheminėmis reakcijomis, kurios buvo nesaugios žmonėms.

Naujausi nanorobotų variklių pasiekimai Gao ir kt padarė juos daug saugesnius! Maži nanorobotų varikliai gali būti sukurti reaguojant vamzdžio formos nanoroboto variklio cinko šerdį su skrandžiu rūgštis – saugi cheminė reakcija, dėl kurios vaistai greitai patenka į skrandžio gleivinę. Kol kas ši procedūra buvo išbandyta tik su žiurkėmis, tačiau kol kas tyrimai yra daug žadantys.

Taip pat kuriami magnetiniai nanorobotai, galintys greitai (per kelias sekundes!) tiekti vaistus per kraują naudojant magnetinį lauką (parodyta toliau pateiktame vaizdo įraše).

Nanorobotai aplinkoje

Daugelyje nanorobotų tyrimų pagrindinis dėmesys skiriamas procesų mažinimui, tačiau lygiai taip pat naudinga žiūrėti į jų įtaką makro mastu. Šimtai tūkstančių mikroskopinių nanorobotų, dirbančių kartu dedant koordinuotas pastangas, gali būti vienintelė mūsų viltis tausojant aplinką 5 būdai, kaip technologijos tausos aplinkąTechnologijos dažnai vertinamos kaip piktadarys prieš ekologiją, bet ar žinojote, kad šiuo metu naudojamos pažangios technologijos siekiant pažangiausios gamtosaugos? Skaityti daugiau .

Didelė dalis aplinkos nanotechnologijų tyrimų yra sutelkta į tai, ar nanorobotai gali būti naudingi siekiant pašalinti taršą. Tarša pasiekė krizės lygį tokiose vietose kaip Kinija, o nanorobotai, pakankamai lengvi, kad galėtų pakilti į orą, gali būti pajėgūs sulaikyti teršalus nanoskopiniu lygiu arba būti dislokuotiems teršalus gaminančiose gamyklose, siekiant sustabdyti taršą šaltinis.

Taip pat yra vilties, kad bus sukurti nanorobotai, kurie gali būti masiškai paleisti kovojant su tokiomis nelaimėmis kaip naftos išsiliejimas. Neseniai atlikus darbą, kuriame nanobotai mokomi veikti kolektyviai, gali būti, kad kiekvienas nanoroboto variklis galėtų susidoroti atskirų aliejaus molekulių, dirbdami kartu su visais kitais nanobotais, išleistais tam pačiam tikslui tikslas.

Paskutinė neįtikėtina galimybė, kurią suteikia nanotechnologijos natūralioje aplinkoje, yra jų galimybės sukurti švarų geriamąjį vandenį. Daugelyje Žemės sričių šiuo metu trūksta šviežio, saugaus geriamojo vandens – šią problemą gali išspręsti nanorobotai. Visiškai įmanoma, kad nanorobotai sugebės pašalinti bakterijas ir kitus teršalus iš nešvaraus vandens šaltinių, o tai gali išgelbėti daugybę gyvybių.

Yra daug darbų, kuriuos perims robotai Kas atsitinka, kai robotai gali atlikti visus darbus?Robotai sparčiai tampa protingesni – kas atsitiks, kai kiekvieną darbą jie gali atlikti geriau ir pigiau nei žmonės? Skaityti daugiau , tačiau žmonių nebepakanka, kai reikia atlikti darbą, kurį reikia atlikti aplinkoje, todėl smagu matyti, kad visa ši sritis gali būti atgaivinta pasitelkus nanotechnologijas!

Nanorobotai sporte

Mokslininkai yra mano mėgstamiausi žmonės. Jie tiesiog yra.

Nacionalinio mokslo ir technologijų instituto mokslininkai (NIST) sukūrė nanorobotus, kurie gali žaisti solidų futbolą naudodami ryžių grūdą kaip lauką ir kamuoliuką, kurio plotis mažesnis už žmogaus plauką. Nanorobotai yra valdomi magnetiniais laukais arba elektroniniais signalais ir yra pagaminti iš tokių medžiagų kaip aliuminis, auksas ir silicis.

Norėčiau tikėti, kad tai buvo jų galutinis tikslas, bet tiesa ta, kad tokie žaidimai padeda mokslininkams išmatuoti ką gali nanorobotai (įskaitant judrumą, manevringumą ir reagavimą) ir tiksliai sureguliuoti dizainas.

Kas dar yra horizonte?

Viena iš įdomiausių nanotechnologijų dalių yra ta, kad, kalbant apie mokslus, per pastaruosius trisdešimt metų mes vos subraižėme jos galimybes.

Mąstymas apie galimą šių nanorobotų įtakos mastą yra įkvepiantis, neįtikėtinas... ir šiek tiek bauginantis. Yra daug anti-robotų nuotaikos pasaulyje „HitchBot“ mirtis įrodo, kad JAV nėra pasirengusios robotams Skaityti daugiau , ir tai tikrai apima nanorobotus. Nanotechnologijų kritikai dažnai reiškia susirūpinimą dėl nanorobotų, naudojamų neigiamai paveikti žmonių sveikatą, ir jų, kaip ginklų, potencialo.

Ši kritika yra pagrįsta, todėl bus svarbu užtikrinti, kad nanotechnologijų galios būtų naudojamos gėriui, o ne blogiui.

Tačiau ar šiuo atveju nanorobotų nauda žmonių sveikatai, technologijoms, aplinkai ir mikroskopiniam sportui tikrai neatsveria rizikos?

Kaip manote, koks bus įdomiausias nanotechnologijų panaudojimas? Ar nerimaujate dėl jo naudojimo?

Vaizdo kreditas: Lego DNR Michaelas Knowlesas per „Flickr“, Mirexon per Shutterstock.com; ktsdesign per Shutterstock.com