Наноробот

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

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]. Такие наномашины обоснованы в известном выступлении Ричарда Фейнмана «Внизу полным-полно места» (англ.) 1959 года. В 1986 году Эрик Дрекслер, рассматривая возможности их создания в книге «Машины создания: Грядущая эра нанотехнологии», ввёл термин «наноробот».

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.

Теория нанороботов[править | править код]

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 определённом 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 код]

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»[4] , основанное Робертом Фрайтасом и Ральфом Меркле в 2000 году, деятельность которого сосредоточена на разработке практической программы исследований[5], 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 код]

Основная статья: Молекулярные моторы
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[6], проектируются двигатели, принцип работы которых основывается на использовании квантовых эффектов[7].

Способы создания[править | править код]

3D-печать[править | править код]

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 код]

Методика впервые разработанная в Сеуле, Южная Корея, использует двухэтапный процесс 3D-печати: собственно 3D-печать и лазерную гравировку пластин. Для большей точности на наноуровне в процессе 3D-печати используется машина 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 код]

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 3D-нанопечати.

Потенциальная сфера применений[править | править код]

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.

Уровень развития технологии[править | править код]

По состоянию на 2016 год нанороботы находятся в научно-исследовательской стадии создания. Некоторыми учёными утверждается, что уже созданы некоторые компоненты нанороботов[18][19][20][21][22]. Разработке компонентов наноустройств и непосредственно нанороботам посвящён ряд международных научных конференций[23][24].

Уже созданы некоторые примитивные прототипы молекулярных машин. Например, датчик, имеющий переключатель около 1,5 нм, способный вести подсчёт отдельных молекул в химических образцах[25]. 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[26]. 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[27][28][29].

Летом 2016 года учёным 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. Соединённые в цепочку 13 нанороботов способны развивать скорость до 17,85 микрометра в секунду. Учёные 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[30][31].

См. также[править | править код]

Примечания[править | править код]

  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 (недоступная ссылка). Дата обращения: 13 июля 2008. Архивировано 11 июня 2008 года.
  4. Nanofactory
  5. Positional Diamondoid Molecular Manufacturing
  6. Rotational actuators based on carbon nanotubes : Article : Nature
  7. Элементы — новости науки: Предложена модель атомного квантового двигателя
  8. Нанотехнологии о раке
  9. Технология борьбы с раком
  10. Доставка лекарств
  11. Проектирование медицинских устройств (недоступная ссылка)
  12. Neurosurgery
  13. Крошечные роботы для использования в хирургии (недоступная ссылка)
  14. Целевые лекарства (недоступная ссылка). Дата обращения: 20 июля 2008. Архивировано 28 декабря 2017 года.
  15. Нанороботы в терапии диабета
  16. Nanorobotics for Diabetes
  17. Wellness Engineering, Nanorobots, Diabetes
  18. Двуногая молекула самостоятельно ходит по плоскости. Membrana.ru (27 октября 2005). Дата обращения: 23 октября 2018. Архивировано 8 сентября 2012 года.
  19. Одномолекулярный автомобиль получил мотор. Membrana.ru (13 апреля 2006). Дата обращения: 23 октября 2018. Архивировано 12 сентября 2012 года.
  20. Построен ездящий одномолекулярный автомобиль. Membrana.ru (26 октября 2005). Дата обращения: 23 октября 2018. Архивировано 8 сентября 2012 года.
  21. Мелких ходоков научили таскать молекулярные тяжести (недоступная ссылка). Membrana.ru (19 января 2007). Дата обращения: 23 октября 2018. Архивировано 26 февраля 2009 года.
  22. Нанотехнологи изобрели колёсную пару. Membrana.ru (30 января 2007). Дата обращения: 23 октября 2018. Архивировано 3 сентября 2012 года.
  23. Workshop «Trends in nanomechanics and nanoengineering». 24-28, August, 2009 (англ.). Conferences of SibFU. Дата обращения: 23 октября 2018. Архивировано 23 июля 2012 года.
  24. XX юбилейная международная научно-техническая конференция «Экстремальная робототехника. Нано-, микро- и макророботы» ЭР-2009. Информационное сообщение (недоступная ссылка). ЦНИИ Робототехники и Технической Кибернетики. Дата обращения: 15 апреля 2009. Архивировано 17 апреля 2009 года.
  25. Постгеномные технологии и молекулярная медицина. Доклад академика РАМН A. M. Арчакова (doc). Российская академия наук. — «Вестник Российской академии наук», том 74, № 5, 2004. Дата обращения: 23 октября 2018.
  26. Ebbe S. Andersen et al. Self-assembly of a nanoscale DNA box with a controllable lid (англ.) // Nature : научный журнал. — London: Nature Publishing Group, 2009. — Vol. 459. — P. 73–76. — ISSN 0028-0836.
  27. Ученые создали на основе молекул ДНК четырехногого робота, РИА Новости (14 мая 2010). Дата обращения 23 октября 2018.
  28. 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. — ISSN 0028-0836.
  29. Kyle Lund et al. Molecular robots guided by prescriptive landscapes (англ.) // Nature. — 2010. — Vol. 465. — P. 206–210. — ISSN 0028-0836.
  30. Литвиненок Роман. Ученые создали нанороботов для скорейшей доставки лекарств по венам. Planet-Today.ru (1 августа 2016). Дата обращения: 23 октября 2018. Архивировано 1 августа 2016 года.
  31. Ученые создали нанороботов для скорейшей доставки лекарств по венам (50). Яндекс.Новости. Дата обращения: 23 октября 2018. Архивировано 1 августа 2016 года.

Литература[править | править код]

Ссылки[править | править код]