Nanoroboții , sau nanoboții , sunt roboți comparabili ca mărime cu o moleculă (mai puțin de 100 nm ), cu funcții de mișcare, procesare și transmitere a informațiilor , execuție de programe.
Nanoroboții capabili să creeze copii ale lor înșiși, adică auto-reproducere , sunt numiți replicatori [1] [2] . Asemenea nanomașini se bazează pe faimosul discurs al lui Richard Feynman din 1959 „Există mult spațiu la parter” . În 1986, Eric Drexler a inventat termenul „nanobot” în timp ce trecea în revistă posibilitățile de a le crea în cartea sa Engines of Creation: The Coming Era of Nanotechnology .
Alte definiții descriu un nanorobot ca o mașină capabilă să interacționeze cu precizie cu obiecte la scară nanometrică sau capabilă să manipuleze obiecte la scară nanometrică. Ca rezultat, chiar și dispozitivele mari, cum ar fi un microscop cu forță atomică, pot fi considerate nanoroboți, deoarece manipulează obiecte la scară nanometrică. În plus, chiar și roboții obișnuiți care se pot mișca cu precizie la scară nanometrică pot fi considerați nanoroboți.
Pe lângă cuvântul „nanorobot”, sunt folosite și expresiile „nanit” [3] și „nanogen”, însă prima opțiune rămâne termenul corect din punct de vedere tehnic în contextul cercetării inginerești serioase.
Deoarece nanoroboții au dimensiuni microscopice, probabil că vor avea nevoie de mulți dintre ei pentru a lucra împreună în rezolvarea problemelor microscopice și macroscopice. Ei consideră stoluri de nanoroboți care nu sunt capabili de replicare (așa-numita „ ceață utilitară ”) și care sunt capabili de auto-replicare în mediu („ gray goo ” și alte opțiuni).
Unii susținători ai nanoroboților, ca răspuns la scenariul grey goo , sunt de părere că nanoroboții sunt capabili de replicare doar în număr limitat și într-un anumit spațiu al nanofabricii. În plus, un proces de auto-replicare care ar face această nanotehnologie sigură nu a fost încă dezvoltat. În plus, auto-replicarea gratuită a roboților este un proces ipotetic și nici măcar nu este luată în considerare în planurile de cercetare actuale.
Cu toate acestea, există planuri de a crea nanoroboți medicali care vor fi injectați într-un pacient și vor îndeplini rolul de comunicare fără fir la scară nanometrică. Astfel de nanoroboți nu pot fi produși prin autocopiere, deoarece acest lucru ar introduce probabil erori de copiere care ar putea reduce fiabilitatea nanodispozitivului și ar putea modifica performanța sarcinilor medicale. În schimb, nanoroboții sunt planificați să fie fabricați în nanofabricii medicale specializate .
În legătură cu dezvoltarea direcției de cercetare științifică a nanoroboților, problemele designului lor specific sunt acum cele mai acute. O inițiativă de abordare a acestei probleme este Nanofactory Development Collaboration [4] , fondată de Robert Freitas și Ralph Merkle în 2000, care se concentrează pe dezvoltarea unui program de cercetare practică [5] care urmărește să creeze o nanofabrică controlată de mecanosinteză de diamante care va fi capabilă să producerea de nanoroboți medicali pe bază de compuși de diamant.
Pentru a face acest lucru, sunt dezvoltate tehnologii de detectare, control al conexiunilor de forță dintre molecule și navigație. Sunt în curs de realizare proiecte și prototipuri de instrumente de manipulare, aparate de propulsie ( motoare moleculare ) și „calculator de bord”.
Motoarele moleculare sunt mașini la scară nanometrică capabile să se rotească atunci când li se aplică energie. Caracteristica principală a motoarelor moleculare este mișcarea de rotație unidirecțională repetitivă care are loc atunci când se aplică energie. Pentru furnizarea de energie, se folosesc metode chimice, luminoase și de tunel de electroni.
Pe lângă motoarele moleculare, se creează și motoare nanoelectrice, similare ca design cu analogii macroscopici [6] , se proiectează motoare al căror principiu de funcționare se bazează pe utilizarea efectelor cuantice [7] . Se creează și nanomotoare care funcționează pe apă [8] .
Nanomobile este cel mai simplu nanorobot, format dintr-una [9] sau mai multe molecule [10] , capabile să se miște independent.[ clarifica ] Sursa de energie este un curent electric alimentat extern [11] . Prima cursă de nanomobile a avut loc în 2017 [12] .
Imprimarea 3D este o metodă de creare a unui obiect fizic strat cu strat dintr-un model digital 3D. Imprimarea 3D la scară nanometrică este în esență aceeași, dar la o scară mult mai mică. Pentru a imprima o structură la o scară de 5-400 de micrometri, precizia imprimantelor 3D de astăzi trebuie îmbunătățită foarte mult.
Tehnica, dezvoltată pentru prima dată în Seul, Coreea de Sud, utilizează un proces de imprimare 3D în două etape: imprimarea 3D reală și gravarea cu laser a plăcilor. Pentru o mai mare precizie la scară nanometrică, procesul de imprimare 3D folosește o mașină de gravat cu laser. Această tehnică are multe avantaje. În primul rând, îmbunătățește acuratețea generală a procesului de imprimare. În al doilea rând, tehnica face posibilă crearea de segmente de nanorobot.
Imprimanta 3D folosește o rășină lichidă care este întărită exact în locurile potrivite cu un fascicul laser focalizat. Punctul focal al fasciculului laser este direcționat prin rășină folosind oglinzi mobile și lasă o linie de polimer solid de doar câteva sute de nanometri lățime. Această rezoluție vă permite să creați sculpturi de dimensiunea unui grăunte de nisip. Această tehnică este destul de rapidă conform standardelor de nanoprinting 3D.
Prima aplicație utilă a nanomașinilor, în cazul în care acestea apar, este planificată în tehnologia medicală, unde pot fi folosite pentru a identifica și distruge celulele canceroase. De asemenea, pot detecta substanțele chimice toxice din mediu și pot măsura nivelurile acestora.
Din 2016, nanoroboții sunt în stadiul de cercetare al creației. Unii oameni de știință susțin că unele componente ale nanoroboților au fost deja create [23] [24] [25] [26] [27] . O serie de conferințe științifice internaționale [28] [29] sunt dedicate dezvoltării componentelor nanodispozitivelor și direct nanoroboților .
Unele prototipuri primitive de mașini moleculare au fost deja create. De exemplu, un senzor având un comutator de aproximativ 1,5 nm, capabil să numere molecule individuale în probe chimice [30] . Recent , Universitatea Rice a demonstrat nanodispozitive pentru utilizare în reglarea proceselor chimice în mașinile moderne.
Unul dintre cele mai complexe prototipuri de nanorobot este „cutia ADN”, creată la sfârșitul anului 2008 de o echipă internațională condusă de Jörgen Kyems [31] . Dispozitivul are o parte mobilă controlată prin adăugarea de fragmente specifice de ADN la mediu . Potrivit lui Kyems, dispozitivul poate funcționa ca un „ calculator ADN ”, deoarece este posibil să se implementeze porți logice pe baza lui . O caracteristică importantă a dispozitivului este metoda sa de asamblare, așa-numita ADN origami , datorită căreia dispozitivul este asamblat automat.
În 2010, au fost demonstrate pentru prima dată nanoroboții bazați pe ADN capabili să se miște în spațiu [32] [33] [34] .
În vara anului 2016, oamenii de știință de la Universitatea Drexel au reușit să creeze nanoboți pentru livrarea rapidă a medicamentelor prin vene. Cu ajutorul unui câmp electromagnetic, experții au reușit să dezvolte viteză mare în cei mai mici roboți. Noua dezvoltare va facilita trimiterea medicamentelor prin vasele de sânge ale corpului. Descoperirile lor și detaliile invenției au fost reflectate într-un articol publicat de Scientific Reports. Câmpul electromagnetic afectează roboții, determinându-i să se rotească. 13 nanoroboți conectați într-un lanț sunt capabili să atingă viteze de până la 17,85 micrometri pe secundă. Oamenii de știință în cursul observațiilor au dezvăluit o caracteristică care a fost exprimată în capacitatea de a se împărți în lanțuri mai mici atunci când se atinge viteza maximă. Nanoboții pot fi chiar direcționați în direcții diferite prin schimbarea direcției câmpului magnetic [35] [36] .
| Nanotehnologie | |
|---|---|
| Științe conexe | |
| Personalități | |
| Termeni | Nanoparticule |
| Tehnologie | |
| Alte |
|
| Robotică | |
|---|---|
| Articole principale | |
| Tipuri de roboți | |
| Roboți remarcabili | |
| Termeni înrudiți | |