Jak „Molekularne Legos” otwierają drzwi do prawdziwej nanotechnologii

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

Choć naukę fascynują niemożliwie małe elementy świata od setek lat, dopiero od lat 80. XX wieku wiedza naukowa i rozwój technologiczny naprawdę pozwoliły nanonauce być aktywną dziedziną badań.

Jesteśmy przyzwyczajeni do myślenia o imponujących robotach jako o niewiarygodnie dużych lub niewiarygodnie złożonych, ale nowe i ekscytujące osiągnięcia sprawiły, że nanorobotyki są w stanie całkowicie przedefiniować wiele dziedzin nauki i technologii.

Dokładnie jak mali jesteśmy?

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

Jednym z najprostszych sposobów zrozumienia, dlaczego nanonauka jest tak ważna, jest myślenie o tych wszystkich 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 na dosłownie każdy aspekt naszego życia.

Jeśli analogia LEGO nie działa, Big Hero 6's “MicroBots” to kolejny całkiem dobry sposób na konceptualizację nanorobotów - pamiętaj tylko, że nanoroboty są kilka milionów razy mniejsze niż fikcyjne mikroboty!

Czym zajmują się nanoroboty?

Nanotechnologia już pozwoliła nam wytwarzać mocniejsze i trwalsze materiały poprzez manipulowanie strukturami molekularnymi i stała się siłą napędową wielu nowoczesnych technologii (w tym folii z tworzywa sztucznego, która składa się na ekran laptopa lub telefonu!).

Badania nanorobotyczne koncentrują się na innych zagadnieniach, a ich zastosowania są znacznie bardziej ekscytujące.

Ostatnie przełomowe odkrycia naukowe stworzyły nanoroboty, które są w stanie wykonywać wysoce wyspecjalizowane funkcje na poziomie nanoskopowym. Niektóre nanoroboty działają jak przełączniki, inne jako pompy, a jeszcze inne jako silniki, które mogą napędzać tego nanorobota w przestrzeni i przez ciecz.

Te zwodniczo proste maszyny molekularne można wykorzystać do budowy niestandardowych polipeptydów z aminokwasów; korzystać ze starannie zaplanowanych reakcji chemicznych na “spacerować” w środowiskach zbyt małych lub zbyt wrogich dla innych mechanizmów; i działają jako droga do przenoszenia kluczowych cząsteczek z jednego miejsca do drugiego.

Wiele zastosowań nanorobotów na nowo definiuje technologię, medycynę i naukę o środowisku - a nanoroboty naprawdę są w powijakach, jeśli weźmie się pod uwagę wszystko, co mogą osiągnąć w przyszłości!

Jak wygląda przyszłość nanorobotów?

Komputery Nanorobot

Przełączniki Nanorobot są rozwijane od 1994 r., Które są wrażliwe na światło i chemikalia, dając twórcom wpływ na to, kiedy spełniają (lub nie) swoją zamierzoną funkcję.

Kolejna świetna aplikacja przełączników? Podstawowe zadania komputerowe.

Obecnie naukowcy pracują nad kodowaniem informacji w nanorobotach w taki sam sposób, jak w większym komputerze. Nanoroboty były już w stanie wykonywać zadania przechowywania / wyszukiwania pamięci na poziomie podstawowym, ale w najbliższej przyszłości technologia ta zostanie wykorzystana do stworzenia komórek pamięci o dużej gęstości, które mogą przechowywać niemożliwie duże ilości informacji w niemożliwie małej przestrzeni fizycznej.

Leczenie raka Nanorobota

Nanotechnologia zmienia medycynę Jak nanotechnologia zmienia przyszłość medycyny Jak nanotechnologia zmienia przyszłość medycyny Potencjał nanotechnologii jest niespotykany. Prawdziwi uniwersalni monterzy wprowadzą głęboką zmianę w ludzkiej kondycji. Oczywiście przed nami jeszcze długa droga. i szybko się zmienia. Nanoroboty oferują lekarzom szansę leczenia chorób u ich źródła molekularnego, a szansa ta nie ma sobie równych w żadnym innym leku na rynku.

Przełączniki nanorobotowe wrażliwe na określoną długość fali światła są rozważane do stosowania w leczeniu raka. Jedną z potencjalnych metod leczenia jest zbyt niebezpieczna, aby stosować ją w obecnej formie, ponieważ nie można odróżnić komórek rakowych od nienowotworowych.

Borowiak i wsp. Sugerują, że gdyby do zabiegu włączono wrażliwy na światło przełącznik nanorobotowy, źródłem światła może być obszar o wielkości zaledwie 10 mikrometrów. Światło spowodowałoby przełączenie nanorobota “trzepnięcie”, aktywując związek w sposób, który wyeliminowałby tylko ukierunkowane komórki rakowe, jednocześnie umożliwiając zdrowym komórkom przeżycie. Co najlepsze, gdyby te przełączniki były wielokrotnego użytku, mogłoby to znacznie zmniejszyć liczbę procedur inwazyjnych, z którymi musiałby się zmierzyć ktoś, kto przechodzi terapię przeciwnowotworową!

Nanorobot, M.D.

Kolejny ekscytujący potencjał medyczny opiera się w dużej mierze na silnikach nanorobotowych, które można kontrolować na odległość, aby dostarczać leki do konkretnej lokalizacji w ciele. Silniki te są zazwyczaj wykonywane przez reakcję chemiczną, która napędza robota przez ciecz. Do niedawna silniki te często polegały na reakcjach chemicznych, które były niebezpieczne dla ludzi.

Ostatnie zmiany w silnikach nanorobotowych Gao i in. Uczyniły je znacznie bezpieczniejszymi! Małe nanoroboty można wytworzyć przez reakcję cynkowego rdzenia silnika nanorobota w kształcie rurki z kwasem żołądkowym - bezpieczna reakcja chemiczna, która może pozwolić na szybkie dostarczenie leków do błony śluzowej żołądka. Jak dotąd tę procedurę testowano tylko na szczurach, ale jak dotąd badania są obiecujące.

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

Nanoroboty w środowisku

Wiele badań nad nanorobotami koncentruje się na zmniejszaniu procesów, ale ich równomierną wartość można zaobserwować również w skali makro. Setki tysięcy mikroskopijnych nanorobotów pracujących razem w skoordynowanym wysiłku może być naszą jedyną nadzieją na uratowanie środowiska. 5 sposobów, w jaki technik uratuje środowisko. 5 sposobów, w jaki ratuje środowisko. Technologia jest często postrzegana jako złoczyńca o ekologii - ale czy wiesz, że ta zaawansowana technologia jest obecnie wykorzystywana w najnowocześniejszej ochronie? .

Znaczna część badań nanotechnologii środowiskowych koncentruje się na tym, czy nanoroboty mogą być pomocne w usuwaniu zanieczyszczeń. Zanieczyszczenia osiągnęły poziomy kryzysowe w miejscach takich jak Chiny, a nanoroboty wystarczająco lekkie, aby wzbić się w powietrze, mogą być w stanie zatrzymać zanieczyszczenia na poziomie nanoskopowym lub zostać rozmieszczone w fabrykach wytwarzających emisje, aby zatrzymać zanieczyszczenie u źródła.

Podobnie, istnieje nadzieja, że ​​zostaną opracowane nanoroboty, które można masowo wypuszczać w celu zwalczania katastrof takich jak wycieki ropy. Dzięki niedawnym pracom uczącym nanoboty, by działały wspólnie, możliwe jest, że każdy silnik nanorobota mógłby poradzić sobie z poszczególnymi cząsteczkami oleju, współpracując jednocześnie ze wszystkimi pozostałymi nanobotami wydanymi w tym samym celu.

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

Roboty przejmą wiele zadań. Co się stanie, gdy roboty będą mogły wykonywać wszystkie zadania? Co się dzieje, gdy roboty mogą wykonywać wszystkie zadania? Roboty stają się coraz bardziej inteligentne - co dzieje się, gdy mogą wykonywać każdą pracę lepiej i taniej niż ludzie? , ale ludzie nie są już wystarczający, 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 National Institute for Science and Technology (NIST) opracowali nanoroboty, które mogą grać w solidną grę w piłkę nożną, używając ziarna ryżu jako pola i piłki o szerokości mniejszej niż ludzkie włosy jako piłki. Nanoroboty są kontrolowane przez pola magnetyczne lub sygnały elektroniczne i wykonane z materiałów takich jak aluminium, złoto i krzem.

Chciałbym wierzyć, że to był ich cel końcowy, ale prawda jest taka, że ​​takie gry pomagają naukowcom zmierzyć, do czego zdolne są nanoroboty (w tym zwinność, zwrotność i szybkość reakcji), i dopracować ich projekt.

Co jeszcze jest na horyzoncie?

Jedną z najbardziej ekscytujących części nanotechnologii jest to, że jeśli chodzi o nauki, ledwo zarysowaliśmy jej potencjał w ciągu ostatnich trzydziestu kilku lat.

Myślenie o potencjalnym zakresie wpływu, jaki mogłyby mieć te nanoroboty, jest inspirujące, niewiarygodne… i trochę przerażające. Na świecie istnieje wiele nastrojów przeciwko robotom. Śmierć HitchBota dowodzi, że USA nie są gotowe na roboty Śmierć HitchBota dowodzi, że USA nie są gotowe na roboty, i zdecydowanie dotyczy to nanorobotów. Krytycy nanotechnologii często wyrażają obawy dotyczące wykorzystywania nanorobotów do negatywnego wpływu na zdrowie ludzi i ich potencjału jako broni.

Te krytyki są słuszne i ważne będzie upewnienie się, że moce nanotechnologii są wykorzystywane raczej dla dobra niż zła.

W tym przypadku jednak dobro, jakie może wynikać z nanorobotów dla zdrowia ludzi, technologii, środowiska i sportów mikroskopowych, zdecydowanie nie przewyższa ryzyka?

Jak myślisz, jakie będzie najbardziej ekscytujące zastosowanie nanotechnologii? Czy masz jakieś obawy dotyczące jego użytkowania??

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