Πώς τα «Molecular Lego» ανοίγουν την πόρτα στην αληθινή νανοτεχνολογία

Διαφήμιση

Τα ρομπότ είναι κουλ. Ρομπότ που λειτουργούν σε μοριακό επίπεδο; Αυτά είναι ακόμα πιο δροσερά - και δεν υπάρχει όριο στο τι θα μπορούσαν να επιτύχουν.

Ενώ η επιστήμη έχει γοητευτεί από τα απίθανα μικρά δομικά στοιχεία του κόσμου εδώ και εκατοντάδες χρόνια, μόλις από τότε τη δεκαετία του 1980 ότι η επιστημονική κατανόηση και η τεχνολογική ανάπτυξη επέτρεψαν πραγματικά στη νανοεπιστήμη να είναι ένα ενεργό ερευνητικό πεδίο.

Έχουμε συνηθίσει να θεωρούμε τα εντυπωσιακά ρομπότ ως απίστευτα μεγάλα ή απίστευτα πολύπλοκα, αλλά καινούργια και Οι συναρπαστικές εξελίξεις έχουν αφήσει την νανορομποτική έτοιμη να επαναπροσδιορίσει πλήρως πολλούς τομείς της επιστήμης και τεχνολογία.

Πόσο Μικροί Μιλάμε, Ακριβώς;

Η νανορομποτική ασχολείται με υλικά σε μοριακό επίπεδο και μικρότερα, που σημαίνει ότι τα νανορομπότ λειτουργούν με μεμονωμένα άτομα, πρωτεΐνες, μόρια και κύτταρα.

Ένας από τους ευκολότερους τρόπους για να καταλάβετε γιατί η νανοεπιστήμη είναι τόσο σημαντική είναι να σκεφτείτε όλα αυτά τα νανοσκοπικά άτομα ως μπλοκ LEGO.

Όπως το LEGO, τα άτομα και τα μόρια μπορούν να συνδυαστούν με αμέτρητους τρόπους για να δημιουργήσουν οτιδήποτε στον φυσικό κόσμο, και αυτή η ικανότητα ανοίγει την πόρτα για να επηρεάσουμε κυριολεκτικά κάθε πτυχή της ζωής μας.

Εάν η αναλογία LEGO δεν λειτουργεί, τα "MicroBots" του Big Hero 6 είναι ένας άλλος πολύ καλός τρόπος για να αντιληφθείτε νανορομπότ – απλά θυμηθείτε ότι τα νανορομπότ είναι αρκετά εκατομμύρια φορές μικρότερα από τα πλασματικά μικρορομπότ!

Τι κάνουν τα νανορομπότ;

Η νανοτεχνολογία μας έχει ήδη επιτρέψει να φτιάχνουμε ισχυρότερα και πιο ανθεκτικά υλικά με το χειρισμό των μοριακών δομών και ήταν η κινητήρια δύναμη πίσω από πολλές σύγχρονες τεχνολογίες (συμπεριλαμβανομένης της πλαστικής μεμβράνης που αποτελείται από το φορητό υπολογιστή ή το τηλέφωνό σας οθόνη!).

Η νανορομποτική έρευνα έχει διαφορετική εστίαση και οι εφαρμογές της είναι πολύ πιο συναρπαστικές.

Πρόσφατες ανακαλύψεις στην έρευνα έχουν δημιουργήσει νανορομπότ που είναι σε θέση να εκτελούν εξαιρετικά εξειδικευμένες λειτουργίες σε νανοσκοπικό επίπεδο. Ορισμένα νανορομπότ λειτουργούν ως διακόπτες, άλλα ως αντλίες και άλλα ως κινητήρες που μπορούν να ωθήσουν αυτό το νανορομπότ στο διάστημα και στο υγρό.

Αυτές οι απατηλά απλές μοριακές μηχανές μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την κατασκευή προσαρμοσμένων πολυπεπτιδίων από αμινοξέα. Χρησιμοποιήστε προσεκτικά χρονομετρημένες χημικές αντιδράσεις για να «περπατήσετε» σε περιβάλλοντα πολύ μικροσκοπικά ή πολύ εχθρικά για άλλους μηχανισμούς. και λειτουργούν ως μονοπάτι για τη μεταφορά βασικών μορίων από το ένα μέρος στο άλλο.

Οι πολλές εφαρμογές των νανορομπότ επαναπροσδιορίζουν ήδη την τεχνολογία, την ιατρική και την περιβαλλοντική επιστήμη — και τα νανορομπότ είναι πραγματικά στα σπάργανα αν σκεφτεί κανείς όλα όσα θα μπορούσαν να επιτύχουν σε αυτό μελλοντικός!

Πώς μοιάζει το μέλλον των νανορομπότ;

Νανορομπότ Υπολογιστές

Οι διακόπτες νανορομπότ βρίσκονται υπό ανάπτυξη από το 1994, οι οποίοι είναι ευαίσθητοι στο φως και τα χημικά, δίνοντας στους δημιουργούς επιρροή για το πότε εκτελούν (ή δεν εκτελούν) την προβλεπόμενη λειτουργία τους.

Μια άλλη μεγάλη εφαρμογή των διακοπτών; Βασικές εργασίες υπολογιστών.

Επί του παρόντος, οι ερευνητές εργάζονται για την κωδικοποίηση πληροφοριών σε νανορομπότ με τον ίδιο τρόπο που θα κάνατε σε έναν μεγαλύτερο υπολογιστή. Τα νανορομπότ έχουν ήδη καταφέρει να αποδώσουν εργασίες αποθήκευσης/ανάκτησης μνήμης σε βασικό επίπεδο, αλλά στο εγγύς μέλλον αυτή η τεχνολογία θα χρησιμοποιηθεί για τη δημιουργία κυψελών μνήμης υψηλής πυκνότητας που θα μπορούν να αποθηκεύουν απίστευτα μεγάλες ποσότητες πληροφοριών σε έναν απίστευτα μικρό φυσικό χώρο.

Θεραπείες για τον καρκίνο με νανορομπότ

Η νανοτεχνολογία αλλάζει την ιατρική Πώς η νανοτεχνολογία αλλάζει το μέλλον της ιατρικήςΟι δυνατότητες για τη νανοτεχνολογία είναι άνευ προηγουμένου. Οι πραγματικοί συναρμολογητές γενικής χρήσης θα οδηγήσουν σε μια βαθιά αλλαγή στην ανθρώπινη κατάσταση. Φυσικά, υπάρχει πολύς δρόμος ακόμα. Διαβάστε περισσότερα , και αλλάζει γρήγορα. Τα νανορομπότ προσφέρουν στους γιατρούς την ευκαιρία να θεραπεύσουν ασθένειες στη μοριακή τους πηγή, και αυτή η ευκαιρία είναι απαράμιλλη με οποιοδήποτε φάρμακο στην αγορά.

Οι διακόπτες νανορομπότ που είναι ευαίσθητοι σε ένα συγκεκριμένο μήκος κύματος φωτός εξετάζονται για χρήση σε θεραπείες καρκίνου. Μια πιθανή θεραπεία είναι πολύ επικίνδυνη για να χρησιμοποιηθεί στην τρέχουσα μορφή της, επειδή δεν μπορεί να κάνει διάκριση μεταξύ καρκινικών και μη καρκινικών κυττάρων.

Borowiak et al προτείνουν ότι εάν στη θεραπεία περιλαμβανόταν ένας φωτοευαίσθητος διακόπτης νανορομπότ, μια περιοχή πλάτους 10 μικρομέτρων θα μπορούσε να στοχευτεί με μια πηγή φωτός. Το φως θα αναγκάσει τον διακόπτη νανορομπότ να «αναποδογυρίσει», ενεργοποιώντας την ένωση με τρόπο που θα εξαφάνιζε μόνο στοχευμένα καρκινικά κύτταρα, ενώ θα επέτρεπε στα υγιή κύτταρα να επιβιώσουν. Το καλύτερο όμως, εάν αυτοί οι διακόπτες ήταν επαναχρησιμοποιήσιμοι, αυτό θα μπορούσε να μειώσει σημαντικά τον αριθμό των επεμβατικών διαδικασιών που θα έπρεπε να αντιμετωπίσει κάποιος που υποβάλλεται σε θεραπείες καρκίνου!

Nanorobot, M.D.

Ένα άλλο συναρπαστικό ιατρικό δυναμικό βασίζεται σε μεγάλο βαθμό σε κινητήρες νανορομπότ που μπορούν να ελεγχθούν από απόσταση για να παραδώσουν τα φάρμακα σε μια ακριβή θέση στο σώμα. Αυτοί οι κινητήρες συνήθως κατασκευάζονται δημιουργώντας μια χημική αντίδραση που ωθεί το ρομπότ μέσα από ένα υγρό. Μέχρι πρόσφατα, αυτοί οι κινητήρες βασίζονταν συχνά σε χημικές αντιδράσεις που δεν ήταν ασφαλείς για ανθρώπινη χρήση.

Πρόσφατες εξελίξεις στους κινητήρες νανορομπότ από Οι Gao et al τα έχουν κάνει πολύ πιο ασφαλή! Οι μικροσκοπικοί κινητήρες νανορομπότ μπορούν να δημιουργηθούν αντιδρώντας τον πυρήνα ψευδάργυρου ενός κινητήρα νανορομπότ σε σχήμα σωλήνα με το στομάχι οξύ – μια ασφαλής χημική αντίδραση που μπορεί να επιτρέψει τη γρήγορη χορήγηση του φαρμάκου στο βλεννογόνο του στομάχου. Μέχρι στιγμής αυτή η διαδικασία έχει δοκιμαστεί μόνο με αρουραίους, αλλά μέχρι στιγμής οι μελέτες είναι ελπιδοφόρες.

Αναπτύσσονται επίσης μαγνητικά νανορομπότ που μπορούν γρήγορα (σε λίγα δευτερόλεπτα!) να μεταφέρουν φάρμακα μέσω της κυκλοφορίας του αίματος με τη βοήθεια ενός μαγνητικού πεδίου (που φαίνεται στο παρακάτω βίντεο)

Τα νανορομπότ στο περιβάλλον

Πολλές έρευνες για νανορομπότ επικεντρώνονται στο να γίνουν οι διαδικασίες μικρότερες, αλλά υπάρχει ίση αξία στην εξέταση της επιρροής τους σε μακροοικονομική κλίμακα. Εκατοντάδες χιλιάδες μικροσκοπικά νανορομπότ που εργάζονται μαζί σε μια συντονισμένη προσπάθεια μπορεί να είναι η μόνη μας ελπίδα σώζοντας το περιβάλλον 5 τρόποι με τους οποίους η τεχνολογία θα σώσει το περιβάλλονΗ τεχνολογία θεωρείται συχνά ως ένας κακός κατά της οικολογίας - αλλά ξέρατε ότι η προηγμένη τεχνολογία χρησιμοποιείται, αυτή τη στιγμή, για την αιχμή της διατήρησης; Διαβάστε περισσότερα .

Ένας σημαντικός όγκος περιβαλλοντικής έρευνας για τη νανοτεχνολογία επικεντρώνεται στο εάν τα νανορομπότ μπορούν να βοηθήσουν ή όχι στην αντιμετώπιση της ρύπανσης. Η ρύπανση έχει φτάσει σε επίπεδα κρίσης σε μέρη όπως η Κίνα και τα νανορομπότ αρκετά ελαφριά για να ανυψωθούν στον αέρα μπορεί να είναι ικανά να παγιδεύσει τους ρύπους σε νανοσκοπικό επίπεδο ή να αναπτυχθεί σε εργοστάσια που παράγουν εκπομπές για να σταματήσει η ρύπανση στο πηγή.

Ομοίως, υπάρχει ελπίδα ότι θα αναπτυχθούν νανορομπότ που θα μπορούν να απελευθερωθούν μαζικά για την καταπολέμηση καταστροφών όπως πετρελαιοκηλίδες. Μέσα από πρόσφατη εργασία που διδάσκει στα νανορομπότ να ενεργούν συλλογικά, είναι πιθανό ότι κάθε κινητήρας νανορομπότ θα μπορούσε να αντιμετωπίσει μεμονωμένα μόρια ελαίου ενώ εργάζονται σε συνεργασία με όλα τα άλλα νανορομπότ που κυκλοφόρησαν για το ίδιο σκοπός.

Μια τελευταία απίστευτη ευκαιρία που παρουσιάζεται με τη νανοτεχνολογία στο φυσικό περιβάλλον είναι η δυνατότητά τους να δημιουργούν καθαρό πόσιμο νερό. Πολλές περιοχές στη Γη υποφέρουν επί του παρόντος από έλλειψη διαθεσιμότητας φρέσκου, ασφαλούς, πόσιμου νερού - ένα πρόβλημα που τα νανορομπότ μπορεί να είναι σε θέση να λύσουν. Είναι απολύτως πιθανό τα νανορομπότ να είναι σε θέση να εξαλείψουν βακτήρια και άλλους ρύπους από πηγές ακάθαρτου νερού, σώζοντας δυνητικά τεράστιο αριθμό ζωών.

Υπάρχουν πολλά θέσεις εργασίας που θα αναλάβουν ρομπότ Τι συμβαίνει όταν τα ρομπότ μπορούν να κάνουν όλες τις δουλειές;Τα ρομπότ γίνονται εξυπνότερα γρήγορα -- τι συμβαίνει όταν μπορούν να κάνουν κάθε δουλειά καλύτερα και φθηνότερα από τα ανθρώπινα όντα; Διαβάστε περισσότερα , αλλά οι άνθρωποι δεν είναι πλέον αρκετοί όταν πρόκειται για το έργο που πρέπει να γίνει στο περιβάλλον, επομένως είναι συναρπαστικό να βλέπουμε ότι ολόκληρος ο τομέας μπορεί να αναζωογονηθεί μέσω της νανοτεχνολογίας!

Νανορομπότ στον αθλητισμό

Οι επιστήμονες είναι οι αγαπημένοι μου άνθρωποι. Απλώς είναι.

Επιστήμονες στο Εθνικό Ινστιτούτο Επιστήμης και Τεχνολογίας (NIST) έχουν αναπτύξει νανορομπότ που μπορούν να παίξουν ένα συμπαγές παιχνίδι ποδοσφαίρου χρησιμοποιώντας έναν κόκκο ρυζιού ως χωράφι και μια μπάλα με πλάτος μικρότερο από ανθρώπινη τρίχα ως μπάλα. Τα νανορομπότ ελέγχονται από μαγνητικά πεδία ή ηλεκτρονικά σήματα και είναι κατασκευασμένα από υλικά όπως αλουμίνιο, χρυσός και πυρίτιο.

Θα ήθελα να πιστεύω ότι αυτός ήταν ο τελικός τους στόχος, αλλά η αλήθεια είναι ότι παιχνίδια όπως αυτό βοηθούν τους επιστήμονες να μετρήσουν τι είναι ικανά τα νανορομπότ (συμπεριλαμβανομένης της ευκινησίας, της ικανότητας ελιγμών και της απόκρισης) και να συντονίσουν με ακρίβεια τα σχέδιο.

Τι άλλο υπάρχει στον Ορίζοντα;

Ένα από τα πιο συναρπαστικά μέρη της νανοτεχνολογίας είναι ότι, όσον αφορά τις επιστήμες, μόλις που έχουμε χαράξει την επιφάνεια του δυναμικού της τα τελευταία τριάντα μονό χρόνια.

Το να σκεφτόμαστε το πιθανό εύρος επιρροής που θα μπορούσαν να έχουν αυτά τα νανορομπότ είναι εμπνευσμένο, απίστευτο… και λίγο τρομακτικό επίσης. Υπάρχουν πολλά αντιρομποτικό συναίσθημα στον κόσμο Το Demise του HitchBot αποδεικνύει ότι οι ΗΠΑ δεν είναι έτοιμες για ρομπότ Διαβάστε περισσότερα , και σίγουρα επεκτείνεται στα νανορομπότ. Οι επικριτές της νανοτεχνολογίας εκφράζουν συχνά ανησυχίες σχετικά με τα νανορομπότ που χρησιμοποιούνται για να επηρεάσουν αρνητικά την ανθρώπινη υγεία και τις δυνατότητές τους ως όπλα.

Αυτές οι επικρίσεις είναι έγκυρες και θα είναι σημαντικό να διασφαλίσουμε ότι οι δυνάμεις της νανοτεχνολογίας χρησιμοποιούνται για καλό και όχι για κακό.

Σε αυτή την περίπτωση, ωστόσο, το καλό που μπορούν να προκύψουν από τα νανορομπότ για την ανθρώπινη υγεία, την τεχνολογία, το περιβάλλον και τα μικροσκοπικά αθλήματα δεν υπερτερούν σίγουρα των κινδύνων;

Ποια πιστεύετε ότι θα είναι η πιο συναρπαστική χρήση της νανοτεχνολογίας; Έχετε κάποια ανησυχία σχετικά με τη χρήση του;

Πίστωση εικόνας: Lego DNA από τον Michael Knowles μέσω Flickr, Mirexon μέσω Shutterstock.com; ktsdesign μέσω Shutterstock.com