Ako „molekulárne lego“ otvára dvere skutočnej nanotechnológii

Reklama

Roboti sú v pohode. Roboty, ktoré fungujú na molekulárnej úrovni? Tie sú ešte chladnejšie – a neexistuje žiadny limit na to, čo by mohli dosiahnuť.

Zatiaľ čo veda bola fascinovaná neuveriteľne malými stavebnými kameňmi sveta už stovky rokov, je to len od r. 80-tych rokoch 20. storočia, že vedecké porozumenie a technologický rozvoj skutočne umožnili, aby sa nanoveda stala aktívnou výskumnou oblasťou.

Sme zvyknutí uvažovať o pôsobivých robotoch ako o neuveriteľne veľkých alebo neuveriteľne zložitých, ale nových a nových vzrušujúci vývoj spôsobil, že nanorobotika je pripravená úplne nanovo definovať mnohé oblasti vedy a technológie.

Ako málo hovoríme, presne?

Nanorobotika sa zaoberá materiálmi na molekulárnej úrovni a menšími, čo znamená, že nanoroboti pracujú s jednotlivými atómami, proteínmi, molekulami a bunkami.

Jedným z najjednoduchších spôsobov, ako pochopiť, prečo je nanoveda taká dôležitá, je predstaviť si všetky tie nanoskopické atómy ako LEGO bloky.

Podobne ako LEGO, aj atómy a molekuly sa dajú kombinovať nespočetnými spôsobmi, aby vytvorili čokoľvek v prírodnom svete, a táto schopnosť otvára dvere k ovplyvňovaniu doslova každého aspektu nášho života.

Ak analógia LEGO nefunguje, „MicroBots“ od Big Hero 6 sú ďalším celkom dobrým spôsobom, ako konceptualizovať nanoroboty – len si pamätajte, že nanoroboty sú niekoľko miliónov krát menšie ako tie fiktívne mikroboty!

Čo robia nanoroboti?

Nanotechnológia nám už umožnila vyrábať pevnejšie a odolnejšie materiály manipuláciou s molekulárnymi štruktúrami a bola hybnou silou mnohých moderných technológií (vrátane plastovej fólie, z ktorej sa skladá váš laptop alebo telefón obrazovka!).

Nanorobotický výskum má iné zameranie a jeho aplikácie sú oveľa vzrušujúcejšie.

Nedávne objavy vo výskume vytvorili nanoroboty, ktoré sú schopné vykonávať vysoko špecializované funkcie na nanoskopickej úrovni. Niektoré nanoroboty fungujú ako spínače, iné ako pumpy a ďalšie ako motory, ktoré môžu poháňať tohto nanorobota vesmírom a kvapalinou.

Tieto zdanlivo jednoduché molekulárne stroje možno použiť na zostavenie vlastných polypeptidov z aminokyselín; využívať starostlivo načasované chemické reakcie na „prechádzku“ prostredím, ktoré je príliš malé alebo príliš nepriateľské pre iné mechanizmy; a fungujú ako cesta na prenos kľúčových molekúl z jedného miesta na druhé.

Mnohé aplikácie nanorobotov už nanovo definujú technológiu, medicínu a environmentálnu vedu — a nanoroboti sú naozaj v plienkach, keď zvážite, čo všetko by mohli dosiahnuť budúcnosť!

Ako vyzerá budúcnosť nanorobotov?

Počítače s nanorobotom

Od roku 1994 sa vyvíjajú spínače nanorobotov, ktoré sú citlivé na svetlo a chemikálie, čo dáva tvorcom vplyv na to, kedy plnia (alebo neplnia) zamýšľanú funkciu.

Ďalšia skvelá aplikácia prepínačov? Základné výpočtové úlohy.

V súčasnosti výskumníci pracujú na kódovaní informácií v nanorobotoch rovnakým spôsobom, ako by ste to robili vo väčšom počítači. Nanoroboty už dokázali vystupovať úlohy ukladania/vyberania pamäte na základnej úrovni, ale v blízkej budúcnosti sa táto technológia použije na vytvorenie pamäťových buniek s vysokou hustotou, ktoré dokážu uložiť neuveriteľne veľké množstvo informácií v neuveriteľne malom fyzickom priestore.

Liečba rakoviny nanorobotom

Nanotechnológia mení medicínu Ako nanotechnológie menia budúcnosť medicínyPotenciál nanotechnológií je bezprecedentný. Skutoční univerzálni zostavovatelia prinesú hlboký posun v ľudských podmienkach. Samozrejme, je pred nami ešte dlhá cesta. Čítaj viac a rýchlo sa to mení. Nanoroboty ponúkajú lekárom možnosť liečiť choroby z ich molekulárneho zdroja a táto príležitosť nemá obdobu so žiadnym liekom na trhu.

Prepínače nanorobotov, ktoré sú citlivé na určitú vlnovú dĺžku svetla, sa zvažujú na použitie pri liečbe rakoviny. Jedna potenciálna liečba je príliš nebezpečná na použitie vo svojej súčasnej forme, pretože nedokáže rozlíšiť medzi rakovinovými a nerakovinovými bunkami.

Borowiak a kol naznačujú, že ak by bol súčasťou liečby prepínač nanorobotov citlivý na svetlo, svetelným zdrojom by sa dala zamerať oblasť široká až 10 mikrometrov. Svetlo by spôsobilo, že sa nanorobot prepne do „preklopenia“, čím sa zlúčenina aktivuje spôsobom, ktorý by eliminoval iba cielené rakovinové bunky a zároveň umožnil zdravým bunkám prežiť. Najlepšie na tom je, že ak by boli tieto prepínače opakovane použiteľné, mohlo by to výrazne znížiť množstvo invazívnych procedúr, ktorým by musel čeliť niekto podstupujúci liečbu rakoviny!

Nanorobot, M.D.

Ďalší vzrušujúci medicínsky potenciál sa vo veľkej miere spolieha na motory nanorobotov, ktoré možno ovládať na diaľku, aby doručili lieky na presné miesto v tele. Tieto motory sa zvyčajne vyrábajú vytvorením chemickej reakcie, ktorá poháňa robota cez kvapalinu. Až donedávna sa tieto motory často spoliehali na chemické reakcie, ktoré boli pre človeka nebezpečné.

Najnovší vývoj v oblasti motorov nanorobotov od Gao a spol urobili ich oveľa bezpečnejšími! Drobné motory nanorobotov možno vytvoriť reakciou zinkového jadra motora nanorobotov v tvare trubice so žalúdkom kyselina – bezpečná chemická reakcia, ktorá môže umožniť rýchle dodanie lieku do výstelky žalúdka. Doteraz bol tento postup testovaný len na potkanoch, no zatiaľ sú štúdie sľubné.

Vyvíjajú sa aj magnetické nanoroboty, ktoré dokážu rýchlo (v priebehu niekoľkých sekúnd!) dodávať lieky krvným obehom pomocou magnetického poľa (zobrazené vo videu nižšie)

Nanoroboty v životnom prostredí

Veľa výskumov nanorobotov sa zameriava na zmenšovanie procesov, ale rovnakú hodnotu nájdeme aj pri pohľade na ich vplyv na makroúrovni. Našou jedinou nádejou môžu byť státisíce mikroskopických nanorobotov, ktorí spolupracujú v koordinovanom úsilí. šetrenie životného prostredia 5 spôsobov, ako technológie ušetria životné prostredieTechnológia je často vnímaná ako anti-ekologický darebák – ale vedeli ste, že pokročilá technológia sa práve teraz používa pri špičkovej ochrane? Čítaj viac .

Značná časť výskumu v oblasti environmentálnej nanotechnológie sa zameriava na to, či môžu nanoroboty pomôcť pri odstraňovaní znečistenia. Znečistenie dosiahlo krízovú úroveň na miestach, ako je Čína, a nanoroboty dostatočne ľahké na to, aby sa zdvihli do vzduchu zachytávať znečisťujúce látky na nanoskopickej úrovni alebo byť nasadené v továrňach produkujúcich emisie s cieľom zastaviť znečisťovanie na jeho úrovni. zdroj.

Podobne existuje nádej, že sa vyvinú nanoroboty, ktoré možno hromadne vypustiť na boj proti katastrofám, ako sú ropné škvrny. Vďaka nedávnej práci, ktorá učí nanoboty, aby konali kolektívne, je možné, že každý motor nanorobota by to dokázal jednotlivé molekuly oleja pri spolupráci so všetkými ostatnými nanobotmi uvoľnenými pre to isté účel.

Poslednou neuveriteľnou príležitosťou, ktorá sa s nanotechnológiami v prírodnom prostredí ponúka, je ich potenciál vytvárať čistú pitnú vodu. Mnohé oblasti na Zemi v súčasnosti trpia nedostatkom čerstvej, bezpečnej pitnej vody – problém, ktorý môžu nanoroboty vyriešiť. Je celkom možné, že nanoroboty budú schopné eliminovať baktérie a iné kontaminanty z nečistých vodných zdrojov, čo potenciálne zachráni obrovské množstvo životov.

Existuje veľa pracovné miesta, ktoré prevezmú roboty Čo sa stane, keď roboty zvládnu všetky úlohy?Roboty sa stávajú rýchlo múdrejšími – čo sa stane, keď môžu robiť každú prácu lepšie a lacnejšie ako ľudia? Čítaj viac , ale ľudia už nestačia, pokiaľ ide o prácu, ktorú je potrebné vykonať v prostredí, takže je vzrušujúce vidieť, že celá táto oblasť môže byť revitalizovaná prostredníctvom nanotechnológie!

Nanoroboty v športe

Vedci sú moji obľúbení ľudia. Jednoducho sú.

Vedci z Národného inštitútu pre vedu a techniku ​​(NIST) vyvinuli nanoroboty, ktoré dokážu hrať solídny futbal s použitím zrnka ryže ako ihriska a lopty so šírkou menšou ako ľudský vlas ako lopty. Nanoroboty sú riadené magnetickými poľami alebo elektronickými signálmi a sú vyrobené z materiálov ako hliník, zlato a kremík.

Rád by som veril, že toto bol ich konečný cieľ, ale pravdou je, že hry ako táto pomáhajú vedcom merať čoho sú nanoroboti schopní (vrátane obratnosti, manévrovateľnosti a citlivosti) a doladiť ich dizajn.

Čo je ešte na obzore?

Jednou z najzaujímavejších častí nanotechnológie je to, že pokiaľ ide o vedu, za posledných tridsať rokov sme sotva poškriabali jej potenciál.

Premýšľanie o potenciálnom rozsahu vplyvu, ktorý by tieto nanoroboty mohli mať, je inšpirujúce, neuveriteľné... a tiež trochu desivé. Tam je veľa protirobotickým náladám vo svete Zánik HitchBot dokazuje, že USA nie sú pripravené na roboty Čítaj viac a rozhodne sa vzťahuje aj na nanoroboty. Kritici nanotechnológie často vyjadrujú obavy z používania nanorobotov na negatívny vplyv na ľudské zdravie a ich potenciálu ako zbraní.

Tieto kritiky sú opodstatnené a bude dôležité zabezpečiť, aby sa sily nanotechnológií využívali skôr na dobro ako na zlo.

Neprevažuje však v tomto prípade to dobré, čo môžu nanoroboty pre ľudské zdravie, technológie, životné prostredie a mikroskopické športy priniesť, nad rizikami?

Čo si myslíte, aké bude najvzrušujúcejšie využitie nanotechnológie? Máte nejaké obavy z jeho používania?

Kredit za obrázok: Lego DNA od Michaela Knowlesa cez Flickr, Mirexon cez Shutterstock.com; ktsdesign cez Shutterstock.com