Jak „Molekularne Lego” otwierają drzwi do prawdziwej nanotechnologii?

Reklama

Roboty są fajne. Roboty działające na poziomie molekularnym? Są jeszcze fajniejsze — i nie ma ograniczeń co do tego, co mogą osiągnąć.

Chociaż nauka od setek lat fascynuje się niemożliwie małymi elementami konstrukcyjnymi świata, dopiero od tego czasu w latach 80. XX wieku zrozumienie naukowe i rozwój technologiczny naprawdę pozwoliły nanonauce stać się aktywną dziedziną badawczą.

Przywykliśmy do myślenia o imponujących robotach jako o niewiarygodnie dużych lub niewiarygodnie skomplikowanych, ale nowych i ekscytujące osiągnięcia sprawiły, że nanorobotyka była gotowa do całkowitego przedefiniowania wielu dziedzin nauki i technologia.

Jak mało dokładnie mówimy?

Nanorobotyka zajmuje się materiałami na poziomie molekularnym i mniejszym, co oznacza, że ​​nanoroboty pracują z pojedynczymi atomami, białkami, cząsteczkami i komórkami.

Jednym z najłatwiejszych sposobów zrozumienia, dlaczego nanonauka jest tak ważna, jest myślenie o wszystkich tych nanoskopowych atomach jak o klockach LEGO.

Podobnie jak LEGO, atomy i molekuły można łączyć na niezliczone sposoby, aby stworzyć cokolwiek w świecie przyrody, a ta zdolność otwiera drzwi do wpływania dosłownie na każdy aspekt naszego życia.

Jeśli analogia do LEGO nie działa, „Mikroboty” Big Hero 6 to kolejny całkiem dobry sposób na konceptualizację nanoroboty – pamiętaj tylko, że nanoroboty są kilka milionów razy mniejsze od fikcyjnych mikroboty!

Co robią nanoroboty?

Nanotechnologia już pozwoliła nam wytwarzać mocniejsze i trwalsze materiały poprzez manipulowanie strukturami molekularnymi, oraz jest siłą napędową wielu nowoczesnych technologii (w tym folii plastikowej, z której wykonano laptopa lub telefon) ekran!).

Badania nanorobotyczne mają inny cel, a ich zastosowania są o wiele bardziej ekscytujące.

Ostatnie przełomowe badania naukowe doprowadziły do ​​stworzenia nanorobotów, które są w stanie wykonywać wysoce wyspecjalizowane funkcje na poziomie nanoskopowym. Niektóre nanoroboty działają jak przełączniki, inne jak pompy, a jeszcze inne jak silniki, które mogą napędzać tego nanorobota w przestrzeni kosmicznej i przez ciecz.

Te zwodniczo proste maszyny molekularne można wykorzystać do budowy niestandardowych polipeptydów z aminokwasów; wykorzystywać starannie zaplanowane reakcje chemiczne, aby „chodzić” po środowiskach zbyt małych lub zbyt wrogich dla innych mechanizmów; i działać jako ścieżka do przenoszenia kluczowych cząsteczek z jednego miejsca do drugiego.

Wiele zastosowań nanorobotów już teraz na nowo definiuje technologię, medycynę i nauki o środowisku — a nanoroboty są naprawdę w powijakach, jeśli weźmie się pod uwagę wszystko, co mogą osiągnąć w ciągu przyszły!

Jak wygląda przyszłość nanorobotów?

Komputery nanorobotów

Przełączniki nanorobotów są opracowywane od 1994 roku i są wrażliwe na światło i chemikalia, dając twórcom wpływ na to, kiedy wykonują (lub nie) zamierzoną funkcję.

Kolejne świetne zastosowanie przełączników? Podstawowe zadania obliczeniowe.

Obecnie naukowcy pracują nad kodowaniem informacji w nanorobotach w taki sam sposób, jak w przypadku większego komputera. Nanoroboty już potrafiły wykonywać zadania przechowywania/odzyskiwania pamięci na podstawowym poziomie, ale w niedalekiej przyszłości technologia ta zostanie wykorzystana do tworzenia komórek pamięci o dużej gęstości, które mogą przechowywać niemożliwie duże ilości informacji w niemożliwie małej przestrzeni fizycznej.

Leczenie raka nanorobotem

Nanotechnologia zmienia medycynę Jak nanotechnologia zmienia przyszłość medycynyPotencjał nanotechnologii jest bezprecedensowy. Prawdziwi uniwersalni asemblerzy zapoczątkują głęboką zmianę w ludzkiej kondycji. Oczywiście przed nami jeszcze długa droga. Czytaj więcej i szybko się zmienia. Nanoroboty dają lekarzom szansę leczenia chorób u ich źródła molekularnego, a możliwości tej nie ma żaden lek na rynku.

Przełączniki nanorobotów, które są wrażliwe na określoną długość fali światła, są rozważane do zastosowania w leczeniu raka. Jedna potencjalna terapia jest zbyt niebezpieczna w jej obecnej formie, ponieważ nie jest w stanie odróżnić komórek rakowych od nierakowych.

Borowiak i inni sugerują, że gdyby do leczenia uwzględniono czuły na światło przełącznik nanorobotowy, obszar o szerokości zaledwie 10 mikrometrów mógłby być skierowany za pomocą źródła światła. Światło spowodowałoby, że nanorobot przeskoczyłby, aktywując związek w sposób, który eliminowałby tylko docelowe komórki rakowe, jednocześnie umożliwiając przeżycie zdrowym komórkom. Co najlepsze, gdyby te przełączniki były wielokrotnego użytku, mogłoby to znacznie zmniejszyć liczbę inwazyjnych procedur, z jakimi musiałby się zmierzyć ktoś poddawany leczeniu raka!

Nanorobot, lek. med.

Inny ekscytujący potencjał medyczny opiera się w dużej mierze na silnikach nanorobotów, którymi można sterować na odległość, aby dostarczać leki do dokładnego miejsca w ciele. Silniki te są zwykle wytwarzane w wyniku reakcji chemicznej, która wprawia robota w ruch przez ciecz. Do niedawna silniki te często opierały się na reakcjach chemicznych, które były niebezpieczne dla ludzi.

Najnowsze osiągnięcia w silnikach nanorobotów autorstwa Gao i inni uczyniły je znacznie bezpieczniejszymi! Małe silniki nanorobotów można stworzyć, reagując rdzeń cynkowy silnika nanorobota w kształcie rury z żołądkiem kwas – bezpieczna reakcja chemiczna, która może umożliwić szybkie dostarczenie leku do błony śluzowej żołądka. Do tej pory ta procedura była testowana tylko na szczurach, ale jak dotąd badania są obiecujące.

Opracowywane są również nanoroboty magnetyczne, które mogą szybko (w ciągu kilku sekund!) dostarczać leki do krwiobiegu za pomocą pola magnetycznego (pokazane na poniższym filmie)

Nanoroboty w środowisku

Wiele badań nad nanorobotami koncentruje się na zmniejszaniu procesów, ale równie wartościowe jest przyglądanie się ich wpływowi w skali makro. Setki tysięcy mikroskopijnych nanorobotów pracujących razem w skoordynowanym wysiłku mogą być naszą jedyną nadzieją ratowanie środowiska 5 sposobów, w jakie technologia uratuje środowiskoTechnologia jest często postrzegana jako złoczyńca antyekologiczny – ale czy wiesz, że zaawansowana technologia jest obecnie wykorzystywana w najnowocześniejszej ochronie? Czytaj więcej .

Znaczna część badań dotyczących nanotechnologii środowiskowych koncentruje się na tym, czy nanoroboty mogą być pomocne w usuwaniu zanieczyszczeń. Zanieczyszczenie osiągnęło poziom kryzysowy w miejscach takich jak Chiny, a nanoroboty wystarczająco lekkie, aby unieść się w powietrze, mogą być w stanie wychwytywać zanieczyszczenia na poziomie nanoskopowym lub być rozmieszczone w fabrykach wytwarzających emisje, aby zatrzymać zanieczyszczenia na poziomie źródło.

Podobnie, istnieje nadzieja, że ​​zostaną opracowane nanoroboty, które będą mogły być masowo wypuszczane do walki z katastrofami, takimi jak wycieki ropy. Dzięki niedawnym pracom uczącym nanobotów wspólnego działania, możliwe jest, że każdy silnik nanorobota poradzi sobie pojedyncze cząsteczki oleju podczas współpracy ze wszystkimi innymi nanobotami wydanymi w tym samym celu cel, powód.

Ostatnią niesamowitą szansą, jaką daje nanotechnologia w środowisku naturalnym, jest ich potencjał do tworzenia czystej wody pitnej. Wiele obszarów na Ziemi cierpi obecnie z powodu braku dostępu do świeżej, bezpiecznej wody pitnej — problem, który mogą rozwiązać nanoroboty. Jest całkowicie możliwe, że nanoroboty będą w stanie wyeliminować bakterie i inne zanieczyszczenia ze źródeł brudnej wody, potencjalnie ratując ogromną liczbę istnień ludzkich.

Jest dużo prace, które przejmą roboty Co się dzieje, gdy roboty mogą wykonywać wszystkie zadania?Roboty szybko stają się mądrzejsze — co się dzieje, gdy każdą pracę mogą wykonywać lepiej i taniej niż ludzie? Czytaj więcej , ale ludzie już nie wystarczają, jeśli chodzi o pracę, którą należy wykonać w środowisku, więc ekscytujące jest to, że cała ta dziedzina może zostać zrewitalizowana dzięki nanotechnologii!

Nanoroboty w sporcie

Naukowcy to moi ulubieni ludzie. Po prostu są.

Naukowcy z Narodowego Instytutu Nauki i Techniki (NIST) opracowali nanoroboty, które potrafią solidnie grać w piłkę nożną, wykorzystując jako swoje pole ziarno ryżu i piłkę o szerokości mniejszej niż ludzki włos jako piłkę. Nanoroboty są sterowane przez pola magnetyczne lub sygnały elektroniczne i wykonane z materiałów takich jak aluminium, złoto i krzem.

Chciałbym wierzyć, że to był ich ostateczny cel, ale prawda jest taka, że ​​takie gry pomagają naukowcom mierzyć do czego zdolne są nanoroboty (w tym zwinność, zwrotność i responsywność) oraz dostrajania ich projekt.

Co jeszcze znajduje się na horyzoncie?

Jedną z najbardziej ekscytujących części nanotechnologii jest to, że jeśli chodzi o naukę, przez ostatnie trzydzieści kilka lat ledwo dotknęliśmy jej potencjału.

Myślenie o potencjalnym zakresie wpływu, jaki mogą mieć te nanoroboty, jest inspirujące, niesamowite… i trochę przerażające. Tu jest dużo nastroje antyrobotowe na świecie Upadek Hitchbota dowodzi, że Stany Zjednoczone nie są gotowe na roboty Czytaj więcej i zdecydowanie rozciąga się na nanoroboty. Krytycy nanotechnologii często wyrażają obawy dotyczące wykorzystywania nanorobotów do negatywnego wpływu na ludzkie zdrowie oraz ich potencjału jako broni.

Ta krytyka jest słuszna i ważne będzie, aby upewnić się, że moce nanotechnologii są wykorzystywane do dobra, a nie zła.

Czy w tym przypadku jednak dobro, jakie może przynieść nanorobotom dla ludzkiego zdrowia, technologii, środowiska i mikroskopijnych sportów, nie jest zdecydowanie większe niż ryzyko?

Jak myślisz, jakie będzie najbardziej ekscytujące zastosowanie nanotechnologii? Czy masz jakiekolwiek wątpliwości dotyczące jego użytkowania?

Źródło obrazu: Lego DNA autorstwa Michaela Knowlesa przez Flickr, Mirexon przez Shutterstock.com; ktsdesign przez Shutterstock.com