Что такое нанороботы?

Новости сегодня - Что такое нанороботы?

Понимание структуры, работы и использования наноботов

По мере развития технологий вещи не всегда становятся больше и лучше, объекты также становятся меньше. Фактически, нанотехнологии — одна из самых быстрорастущих технологических областей, стоимость которой превышает 1 триллион долларов, и, по прогнозам, она вырастет примерно на 17% в течение следующих пяти лет. Наноботы — основная часть области нанотехнологий, но что они собой представляют и как они работают? Давайте более подробно рассмотрим нано роботов, чтобы понять, как работает эта преобразующая технология и для чего она используется, сообщает Интернет газета Android Robot.

Что такое нанороботы?

Область нанотехнологий связана с исследованиями и разработками технологий в масштабе приблизительно от одного до 100 нанометров. Поэтому наноробототехника ориентирована на создание роботов примерно такого же размера. На практике сложно спроектировать что-либо размером всего в один нанометр, и термины «нано робототехника» и «нано робот» часто применяют к устройствам размером примерно 0,1–10 микрометров, что все еще довольно мало.

Важно отметить, что термин «наноробот» иногда применяется к устройствам, которые взаимодействуют с объектами на наноуровне, манипулируя элементами наноуровня. Поэтому, даже если само устройство намного больше, его можно рассматривать как нано роботический инструмент. В этой статье речь пойдет о самих наноразмерных роботах.

Большая часть области нано робототехники и нанороботов все еще находится на теоретической стадии, а исследования сосредоточены на решении проблем строительства в таких небольших масштабах. Однако были разработаны и испытаны некоторые прототипы наномашин и наномоторов.
Большинство существующих в настоящее время нанороботов можно разделить на четыре категории : переключатели, двигатели, челноки и автомобили.

Переключатели нанороботов работают, когда им предлагается переключиться из состояния «выключено» в состояние «включено». Факторы окружающей среды используются для изменения формы машины, этот процесс называется конформационным изменением. Окружающая среда изменяется с использованием таких процессов, как химические реакции, ультрафиолетовое излучение и температура, и в результате переключатели нанороботов принимают различные формы, способные выполнять определенные задачи.
Наномоторы более сложны, чем простые переключатели, и они используют энергию, создаваемую эффектами конформационных изменений, для перемещения и воздействия на молекулы в окружающей среде, пишет газета android-robot.com.

Шаттлы — это нанороботы, которые способны доставлять химические вещества, такие как лекарства, в определенные целевые регионы. Цель состоит в том, чтобы объединить шаттлы с двигателями нанороботов, чтобы шаттлы могли в большей степени перемещаться в окружающей среде.

«Машины» нанороботов — это самые совершенные наноустройства на данный момент, способные двигаться независимо от химических или электромагнитных катализаторов.

Чтобы управлять автомобилем, необходимо управлять нано моторами, которые приводят в движение автомобили с нанороботами, и исследователи экспериментируют с различными методами управления с помощью нанороботов.

Ученые стремятся синтезировать эти различные компоненты нанороботов и технологии в наномашины, которые могут выполнять сложные задачи, выполняемые скоплениями нанороботов, работающих вместе.

Как создаются наноботы?

Область нано робототехники находится на перекрестке многих дисциплин, и создание нанороботов связано с созданием датчиков, исполнительных механизмов и двигателей. Физическое моделирование также должно быть выполнено, и все это должно быть выполнено в наномасштабе. Как упоминалось выше, устройства для наноманипуляций используются для сборки этих наноразмерных частей и манипулирования искусственными или биологическими компонентами, включая манипуляции с клетками и молекулами.

Инженеры нано робототехники должны уметь решать множество задач. Они должны решать вопросы, касающиеся ощущений, управляющей силы, коммуникации и взаимодействия между неорганическими и органическими материалами.

Размер наноробота примерно сравним с биологическими клетками, и поэтому будущие нанороботы могут быть использованы в таких дисциплинах, как медицина и сохранение / восстановление окружающей среды. Большинство существующих сегодня «наноботов» — это просто определенные молекулы, которыми манипулируют для выполнения определенных задач.

Сложные наноботы — это, по сути, простые молекулы, соединенные вместе и управляемые химическими процессами. Например, некоторые наноботы состоят из ДНК и переносят молекулярные грузы.
Как работают наноботы?Учитывая, что наноботы по-прежнему остаются в значительной степени теоретическими, на вопросы о том, как работают наноботы, отвечают прогнозы, а не утверждения фактов.

Вполне вероятно, что первые основные применения нанороботов будут в области медицины, когда они перемещаются по человеческому телу и выполняют такие задачи, как диагностика заболеваний, мониторинг жизненно важных функций и выдача лекарств. Эти нанороботы должны быть в состоянии перемещаться по человеческому телу и проходить через ткани, такие как кровеносные сосуды.

Навигация нанороботов

Что касается навигации наноботов, исследователи и инженеры нанороботов изучают множество методов. Одним из методов навигации является использование ультразвуковых сигналов для обнаружения и развертывания. Наноробот может излучать ультразвуковые сигналы, которые можно отследить, чтобы определить положение наноботов, а затем роботов можно будет направлять в определенные области с помощью специального инструмента, который управляет их движением.

Устройства магнитно-резонансной томографии (МРТ) также могут использоваться для отслеживания положения нанороботов и ранних экспериментов с МРТ.продемонстрировали, что эту технологию можно использовать для обнаружения и даже маневрирования наноботов. Другие методы обнаружения и маневрирования наноботов включают использование рентгеновских лучей, микроволн и радиоволн. В настоящее время наш контроль над этими волнами в наномасштабе довольно ограничен, поэтому необходимо изобрести новые методы использования этих волн.

Описанные выше системы навигации и обнаружения представляют собой внешние методы, основанные на использовании инструментов для перемещения наноботов. С добавлением бортовых датчиков нанороботы могут стать более автономными. Например, химические сенсоры на борту наноботов могут позволить роботу сканировать окружающую среду и следовать определенным химическим маркерам к целевой области.

Мощность нанороботов

Когда дело доходит до питания наноботов, исследователи изучают также множество решений для энергоснабжения. Решения для питания наноботов включают внешние источники питания и бортовые / внутренние источники питания.

Решения для внутреннего питания включают генераторы и конденсаторы. Генераторы на борту нанобота могут использовать электролиты, содержащиеся в крови, для производства энергии, или нанороботы могут даже получать энергию, используя окружающую кровь в качестве химического катализатора, который производит энергию в сочетании с химическим веществом, которое нанобот несет с собой. Конденсаторы работают аналогично батареям, накапливая электрическую энергию, которую можно использовать для движения наноробота. Были даже рассмотрены другие варианты, такие как крошечные ядерные источники энергии.

Что касается внешних источников питания, то невероятно маленькие тонкие провода могут привязать нанороботов к внешнему источнику питания. Такие провода могут быть сделаны из миниатюрных оптоволоконных кабелей, посылающих световые импульсы по проводам и обеспечивающих выработку реальной электроэнергии внутри наноробота.

Другие решения для внешнего источника питания включают магнитные поля или ультразвуковые сигналы. Наноботы могут использовать так называемую пьезоэлектрическую мембрану, которая способна собирать ультразвуковые волны и преобразовывать их в электрическую энергию. Магнитные поля могут использоваться для катализа электрических токов в замкнутой проводящей петле, содержащейся на борту наноробота.

В качестве бонуса магнитное поле также можно было использовать для управления направлением наноробота.

Передвижение нанороботов

Решение проблемы передвижения наноботов требует некоторых изобретательских решений. Наноботы, которые не привязаны или не просто плавают в своей среде, нуждаются в каком-либо способе перемещения к своим целевым местоположениям. Двигательная установка должна быть мощной и стабильной, способной перемещать наноробота против токов в окружающей среде, таких как поток крови. Исследуемые двигательные установки часто вдохновляются миром природы, а исследователи изучают, как микроскопические организмы перемещаются в окружающей среде.

Например, микроорганизмы часто используют длинные хлыстовые хвосты, называемые жгутиками, для продвижения себя, или они используют ряд крошечных, похожих на волосы конечностей, называемых ресничками, пишет газета android-robot.com.

Исследователи также экспериментируют с приданием роботам маленьких рукоподобных придатков, которые позволят ему плавать, хвататься и ползать. В настоящее время этими придатками управляют с помощью магнитных полей вне тела, поскольку магнитная сила заставляет руки робота вибрировать. Дополнительным преимуществом этого метода передвижения является то, что энергия для него поступает из внешнего источника. Эту технологию необходимо сделать еще меньше, чтобы сделать ее пригодной для настоящих наноботов.

Также исследуются другие, более изобретательные, двигательные стратегии. Например, некоторые исследователи предложили использовать конденсаторы для создания электромагнитного насоса, который втягивал бы проводящие жидкости и выбрасывал их как струю , продвигая наноробота вперед.
Независимо от возможного применения наноботов, они должны решать описанные выше проблемы, управляя навигацией, передвижением и питанием.

Для чего используются наноботы?

Как уже упоминалось, первые применения нанороботов , вероятно, будут в области медицины . Наноботы можно использовать для отслеживания повреждений тела и, возможно, даже облегчения ремонта этих повреждений. Будущие нанороботы смогут доставлять лекарства прямо в клетки, которые в них нуждаются. В настоящее время лекарства доставляются перорально или внутривенно, и они распространяются по всему телу, а не поражают только целевые области, вызывая побочные эффекты. Наноботы, оснащенные датчиками, можно легко использовать для отслеживания изменений в областях клеток, сообщая об изменениях при первых признаках повреждения или неисправности.

Мы все еще далеки от этих гипотетических приложений, но прогресс наблюдается постоянно. Например, в 2017 году ученые создали нанороботов, которые нацелены на раковые клетки и атаковали их миниатюрной дрелью, убивая их. В этом году группа исследователей из Университета ИТМО разработала нанобота, состоящего из фрагментов ДНК, способного разрушать патогенные цепи РНК. Нанороботы на основе ДНК в настоящее время также способны транспортировать молекулярные грузы. Нанобот состоит из трех различных участков ДНК, которые маневрируют «ногой» ДНК и несут определенные молекулы с помощью «руки».

Помимо медицинских приложений, проводятся исследования относительно использования наноботов для очистки и восстановления окружающей среды. Нанороботы потенциально могут использоваться для удаления токсичных тяжелых металлов и пластмасс из водоемов. Нанороботы могут нести соединения, которые при соединении делают токсичные вещества инертными, или они могут использоваться для разложения пластиковых отходов с помощью аналогичных процессов. Также проводятся исследования по использованию наноботов для облегчения производства чрезвычайно маленьких компьютерных микросхем и процессоров, в основном с использованием нано ботов для производства компьютерных микросхем микро масштабов.

Новости партнеров: