Nanorobotit tai nanobotit ovat robotteja , jotka ovat kooltaan verrattavissa molekyyliin (alle 100 nm ), joiden tehtävänä on liikkua, käsitellä ja siirtää tietoa sekä suorittaa ohjelmia.
Nanorobotteja, jotka pystyvät luomaan kopioita itsestään eli toistamaan itseään , kutsutaan replikaattoreiksi [1] [2] . Tällaiset nanokoneet perustuvat Richard Feynmanin kuuluisaan vuoden 1959 puheeseen "Alhaalla on runsaasti tilaa" . Vuonna 1986 Eric Drexler loi termin "nanobot" tarkastellessaan mahdollisuuksia niiden luomiseen kirjassaan Engines of Creation: The Coming Era of Nanotechnology .
Muut määritelmät kuvaavat nanorobotin koneena, joka kykenee olemaan tarkasti vuorovaikutuksessa nanomittakaavan kohteiden kanssa tai joka pystyy käsittelemään kohteita nanomittakaavassa. Tämän seurauksena jopa suuria laitteita, kuten atomivoimamikroskooppia, voidaan pitää nanoroboteina, koska se käsittelee esineitä nanomittakaavassa. Lisäksi nanorobotteina voidaan pitää tavallisiakin robotteja, jotka voivat liikkua nanomittakaavan tarkkuudella.
Sanan "nanorobot" lisäksi käytetään myös ilmaisuja "naniitti" [3] ja "nanogeeni", mutta ensimmäinen vaihtoehto on edelleen teknisesti oikea termi vakavan teknisen tutkimuksen yhteydessä.
Koska nanorobotit ovat kooltaan mikroskooppisia, ne tarvitsevat niitä todennäköisesti paljon työskennelläkseen yhdessä mikroskooppisten ja makroskooppisten ongelmien ratkaisemisessa. He pitävät nanorobottiparvia, jotka eivät pysty replikoitumaan (niin sanottu " utilitaristinen sumu ") ja jotka pystyvät lisääntymään itse ympäristössä (" harmaa goo " ja muut vaihtoehdot).
Jotkut nanorobottien kannattajat ovat vastauksena harmaaseen skenaarioon sitä mieltä, että nanorobotit pystyvät replikoitumaan vain rajoitetusti ja tietyssä nanotehtaan tilassa. Lisäksi itsereplikaatioprosessia, joka tekisi tästä nanoteknologiasta turvallisen, ei ole vielä kehitetty. Lisäksi robottien vapaa itsereplikaatio on hypoteettinen prosessi, eikä sitä edes oteta huomioon nykyisissä tutkimussuunnitelmissa.
Suunnitelmissa on kuitenkin luoda lääketieteellisiä nanorobotteja , jotka ruiskutetaan potilaaseen ja jotka suorittavat langattoman viestinnän roolia nanomittakaavassa. Tällaisia nanorobotteja ei voida valmistaa itsekopioimalla, koska se todennäköisesti aiheuttaisi kopiointivirheitä, jotka voivat heikentää nanolaitteen luotettavuutta ja muuttaa lääketieteellisten tehtävien suorituskykyä. Sen sijaan nanorobotteja suunnitellaan valmistettavan lääketieteellisissä nanotehtaissa .
Nanorobottien tieteellisen tutkimuksen suunnan kehittämisen yhteydessä niiden erityissuunnittelun kysymykset ovat nyt akuuteimpia. Yksi aloite tämän ongelman ratkaisemiseksi on Nanofactory Development Collaboration [4] , jonka perustivat Robert Freitas ja Ralph Merkle vuonna 2000 ja joka keskittyy kehittämään käytännön tutkimusohjelmaa [5] , jonka tavoitteena on luoda kontrolloitu timanttimekaaninen synteettinen nanotehdas, joka pystyy tuottaa timanttiyhdisteisiin perustuvia lääketieteellisiä nanorobotteja.
Tätä varten kehitetään tekniikoita havainnointiin, molekyylien välisten voimayhteyksien hallintaan ja navigointiin. Projekteja ja prototyyppejä manipulaatioita, propulsiolaitteita ( molekyylimoottorit ) ja "ajotietokonetta" varten luodaan.
Molekyylimoottorit ovat nanomittakaavan koneita, jotka pystyvät pyörimään, kun niihin kohdistetaan energiaa. Molekyylimoottorien pääominaisuus on toistuva yksisuuntainen pyörimisliike, joka tapahtuu, kun energiaa käytetään. Energian tuottamiseen käytetään kemiallisia, valo- ja elektronitunnelointimenetelmiä.
Molekyylimoottorien lisäksi kehitetään myös nanosähkömoottoreita, jotka ovat rakenteeltaan makroskooppisten analogien kaltaisia [6] , suunnitellaan moottoreita, joiden toimintaperiaate perustuu kvanttiefektien käyttöön [7] . Myös veden päällä toimivia nanomoottoreita luodaan [8] .
Nanomobile on yksinkertaisin nanorobotti, joka koostuu yhdestä [9] tai useista molekyyleistä [10] , jotka kykenevät liikkumaan itsenäisesti.[ selventää ] Energian lähde on ulkopuolelta syötetty sähkövirta [11] . Ensimmäinen nanomobiilikilpailu järjestettiin vuonna 2017 [12] .
3D-tulostus on tapa luoda fyysinen kohde kerros kerrokselta digitaalisesta 3D-mallista. 3D-tulostus nanomittakaavassa on olennaisesti samaa, mutta paljon pienemmässä mittakaavassa. Jotta rakenne voidaan tulostaa mittakaavassa 5-400 mikrometriä, nykyisten 3D-tulostimien tarkkuutta on parannettava huomattavasti.
Tekniikka, joka kehitettiin ensimmäisen kerran Soulissa, Etelä-Koreassa, käyttää kaksivaiheista 3D-tulostusprosessia: varsinaista 3D-tulostusta ja levyjen laserkaiverrustusta. Suuremman tarkkuuden saavuttamiseksi nanomittakaavassa 3D-tulostusprosessissa käytetään laserkaiverruskonetta. Tällä tekniikalla on monia etuja. Ensinnäkin se parantaa tulostusprosessin yleistä tarkkuutta. Toiseksi tekniikka mahdollistaa mahdollisesti nanorobotin segmenttien luomisen.
3D-tulostin käyttää nestemäistä hartsia, joka kovetetaan täsmälleen oikeissa paikoissa fokusoidulla lasersäteellä. Lasersäteen polttopiste ohjataan hartsin läpi liikkuvien peilien avulla ja jättää vain muutaman sadan nanometrin leveän kiinteän polymeerin linjan. Tällä resoluutiolla voit luoda hiekkajyvän kokoisia veistoksia. Tämä tekniikka on melko nopea 3D-nanotulostuksen standardien mukaan.
Ensimmäinen hyödyllinen nanokoneiden sovellus, jos niitä ilmaantuu, suunnitellaan lääketieteelliseen teknologiaan, jossa niitä voidaan käyttää syöpäsolujen tunnistamiseen ja tuhoamiseen. Ne voivat myös havaita myrkyllisiä kemikaaleja ympäristöstä ja mitata niiden tasoa.
Vuodesta 2016 lähtien nanorobotit ovat luomisen tutkimusvaiheessa. Jotkut tutkijat väittävät, että jotkin nanorobottien komponentit on jo luotu [23] [24] [25] [26] [27] . Useita kansainvälisiä tieteellisiä konferensseja [28] [29] on omistettu nanolaitekomponenttien kehittämiselle ja suoraan nanoroboteille .
Joitakin primitiivisiä molekyylikoneiden prototyyppejä on jo luotu. Esimerkiksi anturi, jonka kytkin on noin 1,5 nm ja joka pystyy laskemaan yksittäisiä molekyylejä kemiallisista näytteistä [30] . Viime aikoina Rice University on osoittanut nanolaitteita käytettäväksi säätelemään kemiallisia prosesseja nykyaikaisissa autoissa.
Yksi monimutkaisimmista nanorobottien prototyypeistä on "DNA-laatikko", jonka Jörgen Kyemsin johtama kansainvälinen tiimi loi vuoden 2008 lopussa [31] . Laitteessa on liikkuva osa, jota ohjataan lisäämällä tiettyjä DNA -fragmentteja elatusaineeseen . Kyemsin mukaan laite voi toimia " DNA-tietokoneena ", koska sen pohjalta on mahdollista toteuttaa logiikkaportteja . Laitteen tärkeä ominaisuus on sen kokoonpanomenetelmä, ns. origami DNA , jonka ansiosta laite kootaan automaattisesti.
Vuonna 2010 DNA-pohjaisia nanorobotteja, jotka pystyvät liikkumaan avaruudessa, esiteltiin ensimmäistä kertaa [32] [33] [34] .
Kesällä 2016 Drexelin yliopiston tutkijat onnistuivat luomaan nanobotteja lääkkeiden nopeaan kuljettamiseen suonten läpi. Sähkömagneettisen kentän avulla asiantuntijat pystyivät kehittämään suuria nopeuksia pienimmissä roboteissa. Uusi kehitys helpottaa lääkkeiden lähettämistä kehon verisuonten kautta. Heidän löytönsä ja keksinnön yksityiskohdat heijastuivat Scientific Reportsin julkaisemaan artikkeliin. Sähkömagneettinen kenttä vaikuttaa robotteihin ja saa ne pyörimään. 13 ketjuun kytkettyä nanorobottia pystyvät saavuttamaan jopa 17,85 mikrometrin sekuntinopeuden. Tutkijat havaitsivat havaintojensa aikana ominaisuuden, joka ilmeni kyvyssä jakaa pienempiin ketjuihin saavuttaessaan maksiminopeuden. Nanobotteja voidaan jopa suunnata eri suuntiin muuttamalla magneettikentän suuntaa [35] [36] .
| Nanoteknologia | |
|---|---|
| Liittyvät tieteet | |
| Persoonallisuudet | |
| Ehdot | Nanohiukkanen |
| Tekniikka | |
| muu |
|
| Robotiikka | |
|---|---|
| Tärkeimmät artikkelit | |
| Robottityypit | |
| Merkittäviä robotteja | |
| Aiheeseen liittyvät termit | |