Hvordan “Molecular Legos” åbner døren til sand nanoteknologi

Robotter er seje. Robotter, der fungerer på molekylært niveau? Disse er endnu køligere - og der er ingen grænser for, hvad de kunne udrette.

Mens videnskab har været fascineret af verdens umulige små byggesten i hundreder af år, er det først siden 1980'erne, at videnskabelig forståelse og teknologisk udvikling virkelig har gjort det muligt for nanovidenskab at være et aktivt forskningsfelt.

Vi er vant til at tænke på imponerende robotter som værende utrolige store eller utroligt komplekse, men nye og spændende udviklinger har efterladt nanorobotik til at omdefinere mange områder af videnskab og teknologi.

Hvor små vi snakker, nøjagtigt?

Nanorobotics beskæftiger sig med materialer på molekylært niveau og mindre, hvilket betyder, at nanoroboterne arbejder med individuelle atomer, proteiner, molekyler og celler.

En af de nemmeste måder at forstå, hvorfor nanovidenskab er så vigtig, er at tænke på alle disse nanoskopiske atomer som LEGO-blokke.

Ligesom LEGO kan atomer og molekyler kombineres på utallige måder for at skabe noget i den naturlige verden, og denne kapacitet åbner døren til at påvirke bogstaveligt talt alle aspekter af vores liv.

Hvis LEGO-analogien ikke fungerer, er Big Hero 6's “MicroBots” er en anden temmelig god måde at konceptualisere nanorobots - bare husk at nanorobots er flere millioner gange mindre end de fiktive mikrobotter!

Hvad gør Nanorobots?

Nanoteknologi har allerede gjort det muligt for os at fremstille stærkere og mere holdbare materialer ved at manipulere molekylære strukturer, og har været en drivkraft bag en masse moderne teknologi (inklusive plastfolien, der udgør din bærbare eller telefonskærm!).

Nanorobotisk forskning har et andet fokus, og dens anvendelser er meget mere spændende.

Nyere gennembrud i forskningen har skabt nanorobotter, der er i stand til at udføre højt specialiserede funktioner på nanoskopisk niveau. Nogle nanorobots fungerer som omskiftere, andre som pumper og endnu andre som motorer, der kan drive den nanorobot over rummet og gennem væske.

Disse vildledende enkle molekylære maskiner kan bruges til at bygge tilpassede polypeptider ud fra aminosyrer; gøre brug af omhyggeligt tidsbestemte kemiske reaktioner på “gå” på tværs af miljøer, der er for små eller for fjendtlige til andre mekanismer; og fungerer som en vej til overførsel af nøglemolekyler fra et sted til et andet.

De mange anvendelser af nanorobots omdefinerer allerede teknologi, medicin og miljøvidenskab - og nanorobots er virkelig i deres spædbarn, når du overvejer alt hvad de kunne klare i fremtiden!

Hvordan ser Nanorobots fremtid ud?

Nanorobot computere

Nanorobot-switches har været under udvikling siden 1994, der er lys- og kemisk følsomme, hvilket giver skabere indflydelse på, hvornår de (eller ikke) udfører deres tilsigtede funktion.

En anden god anvendelse af switches? Grundlæggende computeropgaver.

I øjeblikket arbejder forskere med at kode oplysninger i nanorobots på samme måde som du ville gøre på en større computer. Nanorobots har allerede været i stand til at udføre hukommelseslagrings / opsamlingsopgaver på et grundlæggende niveau, men i den nærmeste fremtid vil denne teknologi bruges til at skabe hukommelsesceller med høj densitet, der kan gemme umulige store mængder information i et umuligt lille fysisk rum.

Nanorobot kræftbehandlinger

Nanoteknologi skifter medicin Hvordan nanoteknologi ændrer medicinens fremtid Hvordan nanoteknologi ændrer medicinens fremtid Potentialet for nanoteknologi er hidtil uset. Ægte universelle samlere vil indlede et dybt skift i den menneskelige tilstand. Der er selvfølgelig stadig en lang vej at gå. , og det ændrer sig hurtigt. Nanorobots tilbyder læger chancen for at behandle sygdomme ved deres molekylære kilde, og denne mulighed er uden sidestykke med ethvert lægemiddel på markedet.

Nanorobot-afbrydere, der er følsomme over for en bestemt bølgelængde af lys, overvejes til brug i kræftbehandlinger. En potentiel behandling er for farlig til brug i sin nuværende form, fordi den ikke kan skelne mellem kræftformede og ikke-kræftceller.

Borowiak et al antyder, at hvis en lysfølsom nanorobot-switch var inkluderet i behandlingen, kunne et område så lille som 10 mikrometer bredt være målrettet mod en lyskilde. Lyset får nanorobot-kontakten til “flip”, aktivering af forbindelsen på en måde, der kun ville eliminere målrettede kræftceller, mens de sunde celler kunne overleve. Bedst endnu, hvis disse afbrydere var genanvendelige, kunne dette i høj grad reducere mængden af ​​invasive procedurer, som nogen, der gennemgår kræftbehandling, skulle have!

Nanorobot, M.D.

Et andet spændende medicinsk potentiale er stærkt afhængig af nanorobotmotorer, der kan styres på afstand for at levere medicin til et nøjagtigt sted i kroppen. Disse motorer fremstilles typisk ved at skabe en kemisk reaktion, der driver robotten gennem en væske. Indtil for nylig var disse motorer ofte afhængige af kemiske reaktioner, der var utrygge til menneskelig brug.

Den seneste udvikling i nanorobotmotorer fra Gao et al har gjort dem meget sikrere! Små nanorobotmotorer kan oprettes ved at reagere en rørformet nanorobotmotors zinkkerne med mavesyre - en sikker kemisk reaktion, der muliggør hurtig levering af medicin til maveforingen. Indtil videre er denne procedure kun blevet testet med rotter, men indtil videre er undersøgelserne lovende.

Magnetiske nanorobotter udvikles også, som hurtigt (i løbet af sekunder!) Kan levere medicin gennem blodbanen med hjælp fra et magnetfelt (vist i videoen nedenfor)

Nanorobots i miljøet

En masse nanorobot-forskning fokuserer på at gøre processer mindre, men der findes samme værdi ved at se på deres indflydelse også på en makroskala. Hundrede tusinder af mikroskopiske nanorobotter, der arbejder sammen i en koordineret indsats, kan være vores eneste håb om at redde miljøet 5 måder Tech vil redde miljøet 5 måder Tech vil redde miljøet Teknologi ses ofte som en anti-økologi skurk - men vidste du det at avanceret teknologi bruges lige i øjeblikket i den banebrydende bevaring? .

En betydelig mængde af nanoteknologisk forskning i miljøet er koncentreret om, hvorvidt nanorobots kan hjælpe med at løse forurening. Forurening har nået kriseniveauet i steder som Kina, og nanorobotter, der er lette nok til at løfte i luften, kan være i stand til at fange forurenende stoffer på nanoskopisk niveau eller blive indsat i emissionskrævende fabrikker for at stoppe forurening ved dens kilde.

Tilsvarende er der håb om, at der vil blive udviklet nanorobotter, der kan frigives i en masse for at bekæmpe katastrofer som oliespild. Gennem det nylige arbejde, der lærer nanobotter at handle kollektivt, er det muligt, at hver nanorobotmotor kunne tackle individuelle oljemolekyler, mens de samarbejder med alle de andre nanobotter, der frigives til samme formål.

En sidste utrolig mulighed, der giver sig selv nanoteknologi i det naturlige miljø, er deres potentiale til at skabe rent drikkevand. Mange områder på Jorden lider i øjeblikket af en mangel på tilgængelighed af frisk, sikkert, drikkevand - et problem, som nanorobots muligvis kan løse. Det er helt muligt, at nanorobotter vil være i stand til at eliminere bakterier og andre forurenende stoffer fra urene vandkilder og potentielt redde et stort antal liv.

Der er mange job, der vil blive overtaget af robotter Hvad sker der, når robotter kan udføre alle job? Hvad sker der, når robotter kan udføre alle job? Robotter bliver hurtigere smartere - hvad sker der, når de kan gøre ethvert job bedre og billigere end mennesker? , men mennesker er ikke længere nok, når det kommer til det arbejde, der skal udføres i miljøet, så det er spændende at se, at hele dette felt kan blive genoplivet gennem nanoteknologi!

Nanorobots i sport

Forskere er mine yndlingsfolk. Det er de bare.

Forskere ved National Institute for Science and Technology (NIST) har udviklet nanorobotter, der kan spille et solidt fodboldspil ved hjælp af et riskorn som deres felt og en bold med en bredde mindre end et menneskehår som deres bold. Nanoroboterne styres af magnetfelter eller elektroniske signaler og er lavet af materialer som aluminium, guld og silicium.

Jeg vil gerne tro, at dette var deres slutmål, men sandheden er, at spil som dette hjælper forskere med at måle, hvad nanorobots er i stand til (herunder smidighed, manøvrerbarhed og lydhørhed) og til at finjustere deres design.

Hvad andet er i horisonten?

En af de mest spændende dele af nanoteknologi er, at vi så vidt videnskaberne næppe har ridset overfladen på dens potentiale i de sidste tredive år..

At tænke på det potentielle omfang af indflydelse, som disse nanorobots kunne have, er inspirerende, utroligt ... og også lidt skræmmende. Der er en hel del antirobot-følelser i verden HitchBot's Undergang beviser, at USA ikke er klar til robotter. HitchBot's bortgang beviser, at USA ikke er klar til robotter, og det strækker sig bestemt til nanorobots. Kritikere af nanoteknologi giver ofte udtryk for bekymring over, at nanorobotter bruges til at påvirke menneskers sundhed negativt og deres potentiale som våben.

Denne kritik er gyldig, og det vil være vigtigt at sikre sig, at nanoteknologiens kræfter bruges til det gode snarere end det onde.

I dette tilfælde overvejer det bestemt ikke det gode, der kan komme ud af nanorobots til menneskers sundhed, teknologi, miljøet og mikroskopiske sportsgrene, risikoen?

Hvad tror du den mest spændende brug af nanoteknologi vil være? Har du nogen bekymringer omkring brugen af ​​det?

Billedkredit: Lego DNA af Michael Knowles via Flickr, Mirexon via Shutterstock.com; ktsdesign via Shutterstock.com