Наноробот

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к: навигация, поиск

Наноро́боты, или нанобо́ты — роботы, размером сопоставимые с молекулой (менее 100 нм), обладающие функциями движения, обработки и передачи информации, исполнения программ.

Нанороботы, способные к созданию своих копий, то есть самовоспроизводству, называются репликаторами[1][2]. Возможность создания нанороботов рассмотрел в своей книге «Машины создания» американский учёный Эрик Дрекслер.

Другие определения описывают наноробота как машину, способную точно взаимодействовать с наноразмерными объектами или способной манипулировать объектами в наномасштабе. Вследствие этого, даже крупные аппараты, такие как атомно-силовой микроскоп можно считать нанороботами, так как он производит манипуляции объектами на наноуровне. Кроме того, даже обычных роботов, которые могут перемещаться с наноразмерной точностью, можно считать нанороботами.

Кроме слова «наноробот» также используют выражения «нанит»[3] и «наноген», однако, технически правильным термином в контексте серьёзных инженерных исследований все равно остается первый вариант.

Уровень развития технологии[править | править вики-текст]

На данный момент (2016), нанороботы находятся в научно-исследовательской стадии создания. Некоторыми учёными утверждается, что уже созданы некоторые компоненты нанороботов[4][5][6][7][8]. Разработке компонентов наноустройств и непосредственно нанороботам посвящён ряд международных научных конференций[9][10].

Уже созданы некоторые примитивные прототипы молекулярных машин. Например, датчик, имеющий переключатель около 1,5 нм, способный вести подсчет отдельных молекул в химических образцах[11]. Недавно университет Райса продемонстрировал наноустройства для использования их в регулировании химических процессов в современных автомобилях.

Одним из самых сложных прототипов наноробота является «DNA box», созданный в конце 2008 года международной группой под руководством Йоргена Кьемса[12]. Устройство имеет подвижную часть, управляемую с помощью добавления в среду специфических фрагментов ДНК. По мнению Кьемса, устройство может работать как «ДНК-компьютер», так как на его базе возможна реализация логических вентилей. Важной особенностью устройства является метод его сборки, так называемый ДНК оригами (англ.), благодаря которому устройство собирается в автоматическом режиме.

В 2010 году были впервые продемонстрированы нанороботы на основе ДНК, способные перемещаться в пространстве[13][14][15].

Летом 2016 г. ученым из Дрексельского университета удалось создать нанороботов для скорейшей доставки лекарств по венам. При помощи электромагнитного поля специалисты смогли развить высокую скорость у мельчайших роботов. Новая разработка облегчит отправку лекарственных средств по кровеносным сосудам организма. Свои выводы и детали изобретения были отражены в статье издания Scientific Reports. Электромагнитное поле воздействует на роботов, заставляя их вращаться. Соединенные в цепочку 13 нанороботов способны развиваться скорость до 17,85 микрометра в секунду. Ученые в ходе наблюдений выявили особенность, которая выражалась в способности разделяться на более мелкие цепочки при достижении максимальной скорости. Нанороботов можно даже направить в различные стороны при изменении направления магнитного поля[16],[17].

Теория нанороботов[править | править вики-текст]

Так как нанороботы имеют микроскопические размеры, то их, вероятно, потребуется очень много для совместной работы в решении микроскопических и макроскопических задач. Рассматривают стаи нанороботов, которые не способны к репликации (т. н. «утилитарный туман») и которые способны к самостоятельной репликации в окружающей среде («серая слизь» и др. варианты).

Некоторые сторонники нанороботов в ответ на сценарий «серой слизи» высказывают мнение о том, что нанороботы способны к репликации только в ограниченном количестве и в определенном пространстве нанозавода. Кроме того, ещё только предстоит разработать процесс саморепликации, который сделает данную нанотехнологию безопасной. Кроме того, свободная саморепликация роботов является гипотетическим процессом и даже не рассматривается в текущих планах научных исследований.

Однако, имеются планы по созданию медицинских нанороботов, которые будут впрыскиваться в пациента и выполнять роль беспроводной связи на наноуровне. Такие нанороботы не могут быть получены в ходе самостоятельного копирования, так как это вероятно приведет к появлению ошибок при копировании, которые могут снизить надежность наноустройства и изменить выполнение медицинских задач. Вместо этого нанороботов планируется изготавливать на специализированных медицинских нанофабриках.

Конструкция нанороботов[править | править вики-текст]

молекулярный пропеллер

В связи с развитием направления научных исследований нанороботов, сейчас наиболее остро стоят вопросы их конкретного проектирования. Одной из инициатив по решению этой проблемы является «Сотрудничество по разработке нанофабрик»[18] , основанное Робертом Фрайтасом и Ральфом Меркле в 2000 году, деятельность которого сосредоточена на разработке практической программы исследований[19], которая направлена на создание контролируемой алмазной механосинтетической нанофабрики, которая будет способна к производству медицинских нанороботов на основе алмазных соединений.

Для этого разрабатываются технологии зондирования, управления силовыми связями между молекулами и навигации. Создаются проекты и прототипы инструментария для манипуляций, двигательного аппарата (молекулярные моторы) и «бортового компьютера».

Двигательный аппарат[править | править вики-текст]

молекулярный мотор

Молекулярные двигатели — наноразмерные машины, способные осуществлять вращение при приложении к ним энергии. Главной особенностью молекулярных моторов являются повторяющиеся однонаправленные вращательные движения происходящие при подаче энергии. Для подачи энергии используются химический, световой метод, а также метод туннелирования электронов.

Кроме молекулярных двигателей, создаются также наноэлектродвигатели, сходные по конструкции с макроскопическими аналогами[20], проектируются двигатели, принцип работы которых основывается на использовании квантовых эффектов[21].

Способы создания[править | править вики-текст]

3D печать[править | править вики-текст]

3D печать это метод послойного создания физического объекта по цифровой 3D-модели. 3D печать в наномасштабе по сути является тем же самым, но в намного меньшем масштабе. Для того чтобы напечатать структуру в масштабе 5-400 микрометров, точность сегодняшних 3D принтеров должна быть значительно улучшена.

3D печать и Лазерная гравировка[править | править вики-текст]

Методика впервые разработанная в Сеуле, Южная Корея использует двухэтапный процесс 3D печати, c использованием 3D печати и лазерной гравировки пластин. Для того, чтобы быть более точным на наноуровне, процесс 3D печати использует машину лазерной гравировки. Эта методика имеет много преимуществ. Во первых, это повышает общую точность процесса печати. Во вторых, методика позволяет потенциально создавать сегменты наноробота.

Двухфотонная литография[править | править вики-текст]

3D-принтер использует жидкую смолу, которая затвердевает в точно правильных местах с помощью сфокусированного лазерного луча. Фокальная точка лазерного луча направляется через смолу с помощью подвижных зеркал и оставляет линию твердого полимера всего несколько сотен нанометров в ширину. Это разрешение позволяет создавать скульптуры размером с песчинку. Эта методика достаточно быстрая по меркам нано 3D печати.

Потенциальная сфера применений[править | править вики-текст]

Первое полезное применение наномашин, если они появятся, планируется в медицинских технологиях, где они могут быть использованы для выявления и уничтожения раковых клеток. Также они могут обнаруживать токсичные химические вещества в окружающей среде и измерять уровень их концентрации.

См. также[править | править вики-текст]

Примечания[править | править вики-текст]

  1. Э.Дрекслер. Машины созидания: грядущая эра нанотехнологии, 1986.
  2. Джон Роберт Марлоу: война с репликаторами | Нанотехнологии Nanonewsnet
  3. Нанороботы — будущий триумф или трагедия для человечества? — Нано Дайджест
  4. MEMBRANA | Мировые новости | Нанотехнологи изобрели колёсную пару
  5. MEMBRANA | Мелких ходоков научили таскать молекулярные тяжести
  6. MEMBRANA | Мировые новости | Двуногая молекула самостоятельно ходит по плоскости
  7. MEMBRANA | Мировые новости | Одномолекулярный автомобиль получил мотор
  8. MEMBRANA | Мировые новости | Построен ездящий одномолекулярный автомобиль
  9. Workshop «Trends in nanomechanics and nanoengineering»
  10. http://www.rtc.ru/conference/confrob20-inf.shtml
  11. http://www.ras.ru/FStorage/download.aspx?Id=9adcb47a-a5ec-40e8-8d21-13f932965350
  12. Self-assembly of a nanoscale DNA box with a controllable lid : Article : Nature
  13. Ученые создали на основе молекул ДНК четырехногого робота (рус.), РИА Новости (14 мая 2010). Проверено 14 мая 2010.
  14. Hongzhou Gu, Jie Chao, Shou-Jun Xiao and Nadrian C. Seeman A proximity-based programmable DNA nanoscale assembly line (англ.) // Nature. — 2010. — Vol. 465. — P. 202–205.
  15. Kyle Lund et al. Molecular robots guided by prescriptive landscapes (англ.) // Nature. — 2010. — Vol. 465. — P. 206–210.
  16. Ученые создали нанороботов для скорейшей доставки лекарств по венам
  17. Нанороботов запустят в вены людей (48): Яндекс. Новости
  18. Nanofactory
  19. Positional Diamondoid Molecular Manufacturing
  20. Rotational actuators based on carbon nanotubes : Article : Nature
  21. Элементы — новости науки: Предложена модель атомного квантового двигателя
  22. Нанотехнологии о раке
  23. Технология борьбы с раком
  24. Доставка лекарств
  25. Проектирование медицинских устройств
  26. Neurosurgery
  27. Крошечные роботы для использования в хирургии
  28. Целевые лекарства
  29. Нанороботы в терапии диабета
  30. Nanorobotics for Diabetes
  31. Wellness Engineering, Nanorobots, Diabetes

Литература[править | править вики-текст]

Ссылки[править | править вики-текст]