Hvordan Molecular Legos Åpne Dør til ekte nanoteknologi

Roboter er kule. Roboter som opererer på molekylært nivå? De er enda kjøligere - og det er ingen grense for hva de kan oppnå.

Mens vitenskapen har vært fascinert av de umulig små bygningene i verden i hundrevis av år, har det bare vært siden 1980-tallet at vitenskapelig forståelse og teknologisk utvikling virkelig har tillatt nanovitenskap å være et aktivt forskningsfelt.

Vi er vant til å tenke på imponerende roboter som utrolig store eller utrolig komplekse, men den nye og spennende utviklingen har gitt nanorobotics klar til å omdefinere mange områder av vitenskap og teknologi.

Bare hvor liten snakker vi, nettopp?

Nanorobotics behandler materialer på molekylært nivå og mindre, noe som betyr at nanorobotsene arbeider med individuelle atomer, proteiner, molekyler og celler.

En av de enkleste måtene å forstå hvorfor nanovitenskap er så viktig er å tenke på alle disse nanoskopiske atomene som LEGO-blokker.

I likhet med LEGO, kan atomer og molekyler kombineres på utallige måter for å skape noe i den naturlige verden, og denne kapasiteten åpner døren for å påvirke bokstavelig talt alle aspekter av våre liv.

Hvis LEGO-analogien ikke virker, er Big Hero 6's “MicroBots” er en annen ganske god måte å konseptualisere nanoroboter - bare husk at nanoroboter er flere millioner ganger mindre enn de fiktive microbots!

Hva gjør Nanorobots?

Nanoteknologi har allerede tillatt oss å produsere sterkere og mer holdbare materialer ved å manipulere molekylære strukturer, og har vært en drivende kraft bak en masse moderne teknologi (inkludert plastfilmen som lager din bærbare eller telefonskjerm!).

Nanorobotisk forskning har et annet fokus, og dets applikasjoner er langt mer spennende.

Nylige forsknings gjennombrudd har skapt nanoroboter som er i stand til å utføre høyt spesialiserte funksjoner på nanoskopisk nivå. Noen nanoroboter fungerer som brytere, andre som pumper, og fremdeles andre som motorer som kan drive den nanoroboten over rom og gjennom væske.

Disse sviktende enkle molekylære maskiner kan brukes til å bygge tilpassede polypeptider fra aminosyrer; bruk nøye tidsbestemte kjemiske reaksjoner på “gå” på tvers av miljøer for liten eller for fiendtlig for andre mekanismer; og fungere som en vei for å overføre viktige molekyler fra ett sted til et annet.

De mange bruksområdene til nanoroboter er allerede omdefinere teknologi, medisin og miljøvitenskap - og nanoroboter er virkelig i sin barndom når du vurderer alt de kan oppnå i fremtiden!

Hva ser fremtiden for Nanorobots ut??

Nanorobot Datamaskiner

Nanorobot brytere har vært under utvikling siden 1994 som er lette og kjemiske sensitive, noe som gir skapere innflytelse når de er (eller ikke) utfører sin tiltenkte funksjon.

En annen flott applikasjon av brytere? Grunnleggende beregningsoppgaver.

For tiden arbeider forskere med å kode informasjon i nanoroboter på samme måte som i en større datamaskin. Nanorobots har allerede klart å utføre minneoppbevaring / gjenoppretting på grunnleggende nivå, men i nær fremtid vil denne teknologien bli brukt til å lage høydensitetsminneceller som kan lagre umulig store mengder informasjon i en umulig liten fysisk plass.

Nanorobot kreftbehandlinger

Nanoteknologi skifter medisin Hvordan nanoteknologi skifter medisinens fremtid Hvordan nanoteknologi skifter medisinens fremtid Potensialet for nanoteknologi er enestående. Sanne universelle montører vil innlede et dypt skift i den menneskelige tilstanden. Selvfølgelig er det fortsatt en lang vei å gå. Les mer, og det endrer seg raskt. Nanoroboter tilbyr leger muligheten til å behandle sykdommer ved deres molekylære kilde, og denne muligheten er uten sidestykke av et stoff på markedet.

Nanorobot brytere som er følsomme for en viss bølgelengde av lys, blir vurdert for bruk i kreftbehandlinger. En potensiell behandling er for farlig å bruke i sin nåværende form, fordi den ikke kan diskriminere mellom kreft- og ikke-kreftceller.

Borowiak et al foreslo at hvis en lysfølsom nanorobot-bryter var inkludert i behandlingen, kunne et område så lite som 10 mikrometer bredt bli målrettet med en lyskilde. Lyset vil føre til at nanoroboten byttes til “flip”, aktivering av forbindelsen på en måte som ville eliminere bare målrettede kreftceller samtidig som sunne celler kan overleve. Best ennå, hvis disse bryterne var gjenbrukbare, kan dette i stor grad redusere mengden invasive prosedyrer som noen som har fått kreftbehandlinger, måtte møte!

Nanorobot, M.D.

Et annet spennende medisinsk potensial er avhengig av nanorobotmotorer som kan styres fra avstand til å levere medisiner til et nøyaktig sted i kroppen. Disse motorene fremstilles vanligvis ved å skape en kjemisk reaksjon som driver roboten gjennom en væske. Inntil nylig har disse motorene benyttet seg av kjemiske reaksjoner som var usikre for menneskelig bruk.

Nylige utviklinger i nanorobotmotorer av Gao et al har gjort dem mye tryggere! Små nanorobotmotorer kan opprettes ved å reagere en rørformet nanorobotmotor sinkkjerne med magesyre - en sikker kjemisk reaksjon som kan tillate at medisinering leveres raskt til magesekken. Så langt har denne prosedyren kun blitt testet med rotter, men så langt er studiene lovende.

Magnetiske nanoroboter utvikles også som raskt (i løpet av sekunder!) Leverer medisinering gjennom blodbanen med hjelp av et magnetfelt (vist i videoen nedenfor)

Nanoroboter i miljøet

Mye nanorobotforskning fokuserer på å gjøre prosesser mindre, men det er lik verdi å se på deres innflytelse på en makroskala også. Hundrevis av tusenvis av mikroskopiske nanoroboter som samarbeider i en koordinert innsats, kan være vårt eneste håp om å redde miljøet. 5 måter Tech vil spare miljøet 5 måter Teknisk vil spare miljøet Teknologien er ofte sett på som en antiøkologisk skurk - men visste du det at avansert teknologi blir brukt, akkurat nå, i nyskapende bevaring? Les mer .

En betydelig mengde miljønæringsforskning er fokusert på om nanoroboter kan være nyttige for å fikse forurensning. Forurensning har nådd krisenivåer på steder som Kina, og nanoroboter som er lette nok til å løfte opp i luften, kan være i stand til å fange forurensninger på nanoskopisk nivå, eller bli distribuert i utslippsproduktive fabrikker for å stoppe forurensning ved sin kilde.

På samme måte er det håp om at nanoroboter vil bli utviklet som kan løses mye for å bekjempe katastrofer som oljeutslipp. Gjennom det siste arbeidet med å lære nanobotter å handle kollektivt, er det mulig at hver nanorobotmotor kunne takle individuelle oljemolekyler mens de jobber sammen med alle de andre nanobotene som frigis for samme formål.

En siste utrolig mulighet som presenterer seg med nanoteknologi i det naturlige miljøet, er deres potensial til å skape rent drikkevann. Mange områder på Jorden lider for tiden av mangel på tilgjengeligheten av friskt, trygt, drikkevann - et problem som nanoroboter kan være i stand til å løse. Det er helt mulig at nanoroboter vil kunne eliminere bakterier og andre forurensninger fra urent vannkilder, som potensielt sparer et stort antall liv.

Det er mange jobber som blir tatt over av roboter Hva skjer når robotter kan gjøre alle jobbene? Hva skjer når robotter kan gjøre alle jobbene? Roboter blir smartere raskere - hva skjer når de kan gjøre hver jobb bedre og billigere enn mennesker? Les mer, men mennesker er ikke lenger nok når det gjelder arbeid som må gjøres i miljøet, så det er spennende å se at hele dette feltet kan bli revitalisert gjennom nanoteknologi!

Nanoroboter i sport

Forskere er mine favorittfolk. De er bare.

Forskere ved Statens institutt for vitenskap og teknologi (NIST) har utviklet nanoroboter som kan spille et solid fotballspill med et riskorn som deres felt og en ball med en bredde som er mindre enn et menneskehår som ball. Nanorobots styres av magnetfelter eller elektroniske signaler og er laget av materialer som aluminium, gull og silisium.

Jeg vil gjerne tro at dette var deres mål, men sannheten er at spill som dette hjelper forskere til å måle hvilke nanoroboter som er i stand til (inkludert smidighet, manøvrerbarhet og respons) og å finjustere designen deres.

Hva annet er på horisonten?

En av de mest spennende delene av nanoteknologi er at så langt som vitenskapen går, har vi knapt skrapt overflaten på potensialet i de siste tretti årene.

Å tenke på det potensielle omfanget av innflytelse disse nanorobots kan ha, er inspirerende, utrolig ... og litt skremmende også. Det er mye anti-robotic sentiment i verden HitchBot's Demise viser at USA ikke er klar for Robots HitchBot's Demise viser at USA ikke er klar for roboter Les mer, og det utvider seg definitivt til nanoroboter. Kritikere av nanoteknologi uttrykker ofte bekymringer om nanoroboter som brukes til å påvirke menneskers helse negativt, og deres potensial som våpen.

Disse kritikkene er gyldige, og det vil være viktig å sørge for at nanoteknologiens krefter brukes til gode, i stedet for ondskap.

I dette tilfellet kan imidlertid ikke det gode som kan komme ut av nanoroboter for menneskers helse, teknologi, miljø og mikroskopisk sport oppveie risikoen?

Hva tror du den mest spennende bruken av nanoteknologi vil være? Har du noen bekymringer om bruken av den?

Image Credit: Lego DNA av Michael Knowles via Flickr, Mirexon via Shutterstock.com; ktsdesign via Shutterstock.com

Utforsk mer om: Bionic Technology, Geeky Science, Robotics, Science Fiction.