Hvordan "Molecular Legos" åpner døren til ekte nanoteknologi

Annonse

Roboter er kule. Roboter som opererer på molekylært nivå? De er enda kulere - og det er ingen grenser for hva de kan oppnå.

Mens vitenskapen har vært fascinert av de umulig små byggesteinene i verden i hundrevis av år, er det bare siden på 1980-tallet at vitenskapelig forståelse og teknologisk utvikling virkelig har tillatt nanovitenskap å være et aktivt forskningsfelt.

Vi er vant til å tenke på imponerende roboter som utrolig store eller utrolig komplekse, men nye og spennende utviklinger har gjort nanorobotikk klar til å fullstendig redefinere mange områder av vitenskap og teknologi.

Hvor små snakker vi egentlig?

Nanorobotikk omhandler materialer på molekylært nivå og mindre, noe som betyr at nanorobotene arbeider med individuelle atomer, proteiner, molekyler og celler.

En av de enkleste måtene å forstå hvorfor nanovitenskap er så viktig, er å tenke på alle disse nanoskopiske atomene som LEGO-blokker.

På samme måte som LEGO, kan atomer og molekyler kombineres på utallige måter for å skape hva som helst i den naturlige verden, og denne kapasiteten åpner døren til å påvirke bokstavelig talt alle aspekter av livene våre.

Hvis LEGO-analogien ikke fungerer, er Big Hero 6s "MicroBots" en annen ganske god måte å konseptualisere nanoroboter – bare husk at nanoroboter er flere millioner ganger mindre enn de fiktive mikroboter!

Hva gjør nanoroboter?

Nanoteknologi har allerede gjort det mulig for oss å lage sterkere og mer holdbare materialer ved å manipulere molekylære strukturer, og har vært en drivkraft bak mye moderne teknologi (inkludert plastfilmen som utgjør den bærbare datamaskinen eller telefonen din skjerm!).

Nanorobotforskning har et annet fokus, og bruksområdene er mye mer spennende.

Nyere forskningsgjennombrudd har skapt nanoroboter som er i stand til å utføre høyt spesialiserte funksjoner på nanoskopisk nivå. Noen nanoroboter fungerer som brytere, andre som pumper, og atter andre som motorer som kan drive den nanoroboten over rommet og gjennom væske.

Disse villedende enkle molekylære maskinene kan brukes til å bygge tilpassede polypeptider fra aminosyrer; gjøre bruk av nøye tidsbestemte kjemiske reaksjoner for å "gå" på tvers av miljøer som er for små eller for fiendtlige for andre mekanismer; og fungere som en vei for å overføre nøkkelmolekyler fra ett sted til et annet.

De mange bruksområdene til nanoroboter redefinerer allerede teknologi, medisin og miljøvitenskap — og nanoroboter er virkelig i sin spede begynnelse når du tenker på alt de kunne oppnå i framtid!

Hvordan ser fremtiden til nanoroboter ut?

Nanorobot-datamaskiner

Nanorobot-brytere har vært under utvikling siden 1994 som er følsomme for lys og kjemikalier, noe som gir skaperne innflytelse over når de utfører (eller ikke) sin tiltenkte funksjon.

En annen flott bruk av brytere? Grunnleggende dataoppgaver.

For tiden jobber forskere med å kode informasjon i nanoroboter på samme måte som i en større datamaskin. Nanoroboter har allerede vært i stand til å prestere minnelagring/hentingsoppgaver på et grunnleggende nivå, men i nær fremtid vil denne teknologien bli brukt til å lage minneceller med høy tetthet som kan lagre umulig store mengder informasjon i et umulig lite fysisk rom.

Nanorobot-kreftbehandlinger

Nanoteknologi endrer medisinen Hvordan nanoteknologi endrer medisinens fremtidPotensialet for nanoteknologi er enestående. Ekte universalmontører vil innlede et dyptgripende skifte i den menneskelige tilstanden. Selvfølgelig er det fortsatt en lang vei å gå. Les mer , og det endrer seg raskt. Nanoroboter tilbyr leger muligheten til å behandle sykdommer ved sin molekylære kilde, og denne muligheten er uten sidestykke av noe medikament på markedet.

Nanorobot-brytere som er følsomme for en viss bølgelengde av lys vurderes for bruk i kreftbehandlinger. En potensiell behandling er for farlig til å bruke i sin nåværende form fordi den ikke kan skille mellom kreftceller og ikke-kreftceller.

Borowiak et al foreslår at hvis en lysfølsom nanorobot-bryter ble inkludert i behandlingen, kunne et område så lite som 10 mikrometer bredt bli målrettet med en lyskilde. Lyset vil få nanorobot-bryteren til å "snu", aktiverer forbindelsen på en måte som vil eliminere bare målrettede kreftceller samtidig som friske celler kan overleve. Best ennå, hvis disse bryterne var gjenbrukbare, kunne dette i stor grad redusere mengden av invasive prosedyrer som noen som gjennomgår kreftbehandlinger ville måtte møte!

Nanorobot, M.D.

Et annet spennende medisinsk potensial er sterkt avhengig av nanorobotmotorer som kan styres på avstand for å levere medisiner til et eksakt sted i kroppen. Disse motorene lages vanligvis ved å lage en kjemisk reaksjon som driver roboten gjennom en væske. Inntil nylig var disse motorene ofte avhengige av kjemiske reaksjoner som var usikre for menneskelig bruk.

Nylig utvikling innen nanorobotmotorer av Gao et al har gjort dem mye tryggere! Små nanorobotmotorer kan lages ved å reagere en rørformet nanorobotmotors sinkkjerne med magen syre – en sikker kjemisk reaksjon som kan gjøre at medisiner kan leveres raskt til mageslimhinnen. Så langt har denne prosedyren kun blitt testet med rotter, men så langt er studiene lovende.

Det utvikles også magnetiske nanoroboter som raskt (i løpet av sekunder!) kan levere medisiner gjennom blodet ved hjelp av et magnetfelt (vist i videoen nedenfor)

Nanoroboter i miljøet

Mye av nanorobotforskningen fokuserer på å gjøre prosesser mindre, men det er like stor verdi å se på deres innflytelse på en makroskala også. Hundretusenvis av mikroskopiske nanoroboter som jobber sammen i en koordinert innsats kan være vårt eneste håp om sparer miljøet 5 måter teknologi vil redde miljøetTeknologi blir ofte sett på som en antiøkologi-skurk - men visste du at avansert teknologi brukes, akkurat nå, i banebrytende bevaring? Les mer .

En betydelig mengde miljømessig nanoteknologisk forskning er fokusert på hvorvidt nanoroboter kan være nyttige for å fikse forurensning. Forurensning har nådd krisenivåer på steder som Kina, og nanoroboter som er lette nok til å løfte seg opp i luften kan være i stand til å fange forurensninger på nanoskopisk nivå, eller bli utplassert i utslippsproduserende fabrikker for å stoppe forurensning på kilde.

På samme måte er det håp om at nanoroboter vil bli utviklet som kan frigjøres massevis for å bekjempe katastrofer som oljesøl. Gjennom nylig arbeid med å lære nanoboter å handle kollektivt, er det mulig at hver nanorobotmotor kan takle individuelle oljemolekyler mens de jobber sammen med alle de andre nanobotene som er utgitt for det samme hensikt.

En siste utrolig mulighet som byr seg med nanoteknologi i det naturlige miljøet er deres potensial til å skape rent drikkevann. Mange områder på jorden lider for tiden av mangel på tilgjengelighet av ferskt, trygt drikkevann - et problem som nanoroboter kan være i stand til å løse. Det er fullt mulig at nanoroboter vil være i stand til å eliminere bakterier og andre forurensninger fra urene vannkilder, og potensielt redde et stort antall liv.

Det er mange av jobber som vil bli overtatt av roboter Hva skjer når roboter kan gjøre alle jobbene?Roboter blir fort smartere - hva skjer når de kan gjøre hver jobb bedre og billigere enn mennesker? Les mer , men mennesker er ikke lenger nok når det kommer til arbeidet som må gjøres i miljøet, så det er spennende å se at hele dette feltet kan bli revitalisert gjennom nanoteknologi!

Nanoroboter i sport

Forskere er mine favorittmennesker. Det er de bare.

Forskere ved National Institute for Science and Technology (NIST) har utviklet nanoroboter som kan spille en solid fotballkamp med et riskorn som felt og en ball med en bredde som er mindre enn et menneskehår som ball. Nanorobotene styres av magnetiske felt eller elektroniske signaler og er laget av materialer som aluminium, gull og silisium.

Jeg vil gjerne tro at dette var deres sluttmål, men sannheten er at spill som dette hjelper forskere med å måle hva nanoroboter er i stand til (inkludert smidighet, manøvrerbarhet og respons) og finjustere deres design.

Hva annet er på horisonten?

En av de mest spennende delene av nanoteknologi er at vi, når det gjelder vitenskap, knapt har skrapet overflaten på potensialet de siste tretti årene.

Å tenke på det potensielle omfanget av påvirkning disse nanorobotene kan ha er inspirerende, utrolig... og litt skremmende også. Det er mye av anti-robotsentiment i verden HitchBots bortgang beviser at USA ikke er klar for roboter Les mer , og det strekker seg definitivt til nanoroboter. Kritikere av nanoteknologi uttrykker ofte bekymringer om nanoroboter som brukes til å påvirke menneskers helse negativt, og deres potensial som våpen.

Denne kritikken er gyldig, og det vil være viktig å sørge for at nanoteknologiens krefter blir brukt til det gode, i stedet for det onde.

Men i dette tilfellet, oppveier ikke det gode som kan komme ut av nanoroboter for menneskers helse, teknologi, miljø og mikroskopisk sport definitivt risikoen?

Hva tror du den mest spennende bruken av nanoteknologi vil være? Har du noen bekymringer om bruken?

Bildekreditt: Lego DNA av Michael Knowles via Flickr, Mirexon via Shutterstock.com; ktsdesign via Shutterstock.com