नैनोबॉट्स क्या हैं? नैनोबोट संरचना, संचालन और उपयोग को समझना

जैसे-जैसे तकनीक आगे बढ़ती है, चीजें हमेशा बड़ी और बेहतर नहीं होती हैं, वस्तुएं भी छोटी हो जाती हैं। वास्तव में, नैनोटेक्नोलॉजी सबसे तेजी से बढ़ते तकनीकी क्षेत्रों में से एक है, जिसकी कीमत 1 ट्रिलियन अमरीकी डालर से अधिक है, और अगले आधे दशक में इसके लगभग 17% बढ़ने का अनुमान है। नैनोबॉट्स नैनोटेक्नोलॉजी क्षेत्र का एक प्रमुख हिस्सा हैं, लेकिन वे वास्तव में क्या हैं और वे कैसे काम करते हैं? आइए यह समझने के लिए नैनोबॉट्स पर करीब से नज़र डालें कि यह परिवर्तनकारी तकनीक कैसे काम करती है और इसका उपयोग किस लिए किया जाता है।

नैनोबॉट्स क्या हैं?

नैनोटेक्नोलॉजी का क्षेत्र लगभग एक से 100 नैनोमीटर पैमाने की प्रौद्योगिकी के अनुसंधान और विकास से संबंधित है। इसलिए, नैनोरोबोटिक्स ऐसे रोबोट के निर्माण पर केंद्रित है जो इस आकार के आसपास हों। व्यवहार में, एक नैनोमीटर जितनी छोटी चीज़ को इंजीनियर करना मुश्किल है और "नैनोरोबोटिक्स" और "नैनोबोट" शब्द का प्रयोग अक्सर किया जाता है। लागू उन उपकरणों के लिए जिनका आकार लगभग 0.1 - 10 माइक्रोमीटर है, जो अभी भी काफी छोटा है।

यह ध्यान रखना महत्वपूर्ण है कि शब्द "नैनोरोबोट" कभी-कभी उन उपकरणों पर लागू होता है जो नैनोस्केल वस्तुओं में हेरफेर करते हुए नैनोस्केल पर वस्तुओं के साथ बातचीत करते हैं। इसलिए, भले ही उपकरण स्वयं बहुत बड़ा हो, इसे एक नैनोरोबोटिक उपकरण माना जा सकता है। यह लेख स्वयं नैनोस्केल रोबोट पर केंद्रित होगा।

नैनोरोबोटिक्स और नैनोबॉट्स का अधिकांश क्षेत्र अभी भी सैद्धांतिक चरण में है, जिसमें अनुसंधान इतने छोटे पैमाने पर निर्माण की समस्याओं को हल करने पर केंद्रित है। हालाँकि, कुछ प्रोटोटाइप नैनोमशीन और नैनोमोटर्स को डिजाइन और परीक्षण किया गया है।

वर्तमान में मौजूद अधिकांश नैनोरोबोटिक उपकरण इसमें आते हैं चार श्रेणियों में से एक: स्विच, मोटर, शटल, और कारें।

नैनोरोबोटिक स्विच "ऑफ" स्थिति से "ऑन" स्थिति में स्विच करने के लिए प्रेरित होकर संचालित होते हैं। मशीन का आकार बदलने के लिए पर्यावरणीय कारकों का उपयोग किया जाता है, इस प्रक्रिया को गठनात्मक परिवर्तन कहा जाता है। रासायनिक प्रतिक्रियाओं, यूवी प्रकाश और तापमान जैसी प्रक्रियाओं का उपयोग करके पर्यावरण को बदल दिया जाता है, और परिणामस्वरूप नैनोरोबोटिक स्विच विभिन्न रूपों में बदल जाते हैं, जो विशिष्ट कार्यों को पूरा करने में सक्षम होते हैं।

नैनोमोटर्स साधारण स्विचों की तुलना में अधिक जटिल होते हैं, और वे आसपास के वातावरण में अणुओं को प्रभावित करने और प्रभावित करने के लिए गठनात्मक परिवर्तन के प्रभाव से उत्पन्न ऊर्जा का उपयोग करते हैं।

शटल नैनोरोबोट हैं जो दवाओं जैसे रसायनों को विशिष्ट, लक्षित क्षेत्रों तक ले जाने में सक्षम हैं। लक्ष्य शटल को नैनोरोबोट मोटर्स के साथ जोड़ना है ताकि शटल पर्यावरण के माध्यम से अधिक से अधिक गति करने में सक्षम हो सकें।

नैनोरोबोटिक "कारें" इस समय सबसे उन्नत नैनोडिवाइस हैं, जो रासायनिक या विद्युत चुम्बकीय उत्प्रेरक के संकेतों के साथ स्वतंत्र रूप से चलने में सक्षम हैं। नैनोरोबोटिक कारों को चलाने वाले नैनोमोटर्स को वाहन चलाने के लिए नियंत्रित करने की आवश्यकता होती है, और शोधकर्ता नैनोरोबोटिक नियंत्रण के विभिन्न तरीकों के साथ प्रयोग कर रहे हैं।

नैनोरोबोटिक्स शोधकर्ताओं का लक्ष्य इन विभिन्न घटकों और प्रौद्योगिकियों को नैनोमशीनों में संश्लेषित करना है जो जटिल कार्यों को पूरा कर सकते हैं, जिन्हें एक साथ काम करने वाले नैनोबॉट्स के झुंड द्वारा पूरा किया जा सकता है।

फोटो: फोटो: "अन्य सामान्य सामग्रियों के साथ नैनोमटेरियल के आकार की तुलना।" विकिमीडिया कॉमन्स पर सुरेशअप, CC BY 3.0 (https://en.wikipedia.org/wiki/File:Comparison_of_nanomaterials_sizes.jpg)

नैनोबॉट्स कैसे बनाये जाते हैं?

नैनोरोबोटिक्स का क्षेत्र कई विषयों के चौराहे पर है और नैनोबॉट्स के निर्माण में सेंसर, एक्चुएटर्स और मोटर्स का निर्माण शामिल है। भौतिक मॉडलिंग भी की जानी चाहिए, और यह सब नैनोस्केल पर किया जाना चाहिए। जैसा कि ऊपर उल्लेख किया गया है, नैनोमैनिपुलेशन उपकरणों का उपयोग इन नैनो-स्केल भागों को इकट्ठा करने और कृत्रिम या जैविक घटकों में हेरफेर करने के लिए किया जाता है, जिसमें कोशिकाओं और अणुओं का हेरफेर शामिल है।

नैनोरोबोटिक्स इंजीनियरों को अनेक समस्याओं का समाधान करने में सक्षम होना चाहिए। उन्हें अकार्बनिक और कार्बनिक दोनों सामग्रियों के बीच संवेदना, नियंत्रण शक्ति, संचार और बातचीत से संबंधित मुद्दों को संबोधित करना होगा।

एक नैनोबॉट का आकार लगभग जैविक कोशिकाओं के बराबर होता है, और इस तथ्य के कारण भविष्य के नैनोबॉट्स को चिकित्सा और पर्यावरण संरक्षण/उपचार जैसे विषयों में नियोजित किया जा सकता है। आज मौजूद अधिकांश "नैनोबॉट्स" केवल विशिष्ट अणु हैं जिन्हें कुछ कार्यों को पूरा करने के लिए हेरफेर किया गया है। 

जटिल नैनोबॉट्स अनिवार्य रूप से केवल सरल अणु होते हैं जो एक साथ जुड़ते हैं और रासायनिक प्रक्रियाओं के साथ हेरफेर करते हैं। उदाहरण के लिए, कुछ नैनोबॉट हैं डीएनए से बना है, और वे आणविक कार्गो का परिवहन करें।

नैनोबॉट्स कैसे संचालित होते हैं?

नैनोबॉट्स की अभी भी भारी सैद्धांतिक प्रकृति को देखते हुए, नैनोबॉट्स कैसे काम करते हैं, इस सवाल का जवाब तथ्यों के बयानों के बजाय भविष्यवाणियों से दिया जाता है। यह संभावना है कि नैनोबॉट्स का पहला प्रमुख उपयोग चिकित्सा क्षेत्र में होगा, जो मानव शरीर के माध्यम से आगे बढ़ेगा और बीमारियों का निदान करने, महत्वपूर्ण अंगों की निगरानी करने और उपचार प्रदान करने जैसे कार्यों को पूरा करेगा। इन नैनोबॉट्स को मानव शरीर के चारों ओर अपना रास्ता तय करने और रक्त वाहिकाओं जैसे ऊतकों के माध्यम से आगे बढ़ने में सक्षम होने की आवश्यकता होगी।

पथ प्रदर्शन

नैनोबोट नेविगेशन के संदर्भ में, कई प्रकार की तकनीकें हैं जिनकी नैनोबोट शोधकर्ता और इंजीनियर जांच कर रहे हैं। नेविगेशन का एक तरीका पता लगाने और तैनाती के लिए अल्ट्रासोनिक संकेतों का उपयोग है। एक नैनोबॉट अल्ट्रासोनिक सिग्नल उत्सर्जित कर सकता है जिसे नैनोबॉट्स की स्थिति का पता लगाने के लिए पता लगाया जा सकता है, और फिर रोबोटों को एक विशेष उपकरण के उपयोग से विशिष्ट क्षेत्रों में निर्देशित किया जा सकता है जो उनकी गति को निर्देशित करता है। नैनोबॉट्स की स्थिति को ट्रैक करने के लिए चुंबकीय अनुनाद इमेजिंग (एमआरआई) उपकरणों को भी नियोजित किया जा सकता है एमआरआई के साथ शुरुआती प्रयोग यह प्रदर्शित किया है कि प्रौद्योगिकी का उपयोग नैनोबॉट्स का पता लगाने और यहां तक ​​कि उन्हें संचालित करने के लिए भी किया जा सकता है। नैनोबॉट्स का पता लगाने और उन्हें संचालित करने के अन्य तरीकों में एक्स-रे, माइक्रोवेव और रेडियो-तरंगों का उपयोग शामिल है। फिलहाल, नैनो-स्केल पर इन तरंगों पर हमारा नियंत्रण काफी सीमित है, इसलिए इन तरंगों के उपयोग के नए तरीकों का आविष्कार करना होगा।

ऊपर वर्णित नेविगेशन और डिटेक्शन सिस्टम बाहरी तरीके हैं, जो नैनोबॉट्स को स्थानांतरित करने के लिए उपकरणों के उपयोग पर निर्भर हैं। ऑनबोर्ड सेंसर के जुड़ने से, नैनोबॉट अधिक स्वायत्त हो सकते हैं। उदाहरण के लिए, ऑनबोर्ड नैनोबॉट्स में शामिल रासायनिक सेंसर रोबोट को आसपास के वातावरण को स्कैन करने और लक्ष्य क्षेत्र में कुछ रासायनिक मार्करों का पालन करने की अनुमति दे सकते हैं।

Power

जब नैनोबॉट्स को शक्ति देने की बात आती है, तो इसमें भी कई प्रकार होते हैं शोधकर्ताओं द्वारा बिजली समाधान तलाशे जा रहे हैं। नैनोबॉट्स को बिजली देने के समाधान में बाहरी बिजली स्रोत और ऑनबोर्ड/आंतरिक बिजली स्रोत शामिल हैं।

आंतरिक बिजली समाधानों में जनरेटर और कैपेसिटर शामिल हैं। नैनोबॉट पर लगे जेनरेटर ऊर्जा उत्पन्न करने के लिए रक्त के भीतर पाए जाने वाले इलेक्ट्रोलाइट्स का उपयोग कर सकते हैं, या नैनोबॉट्स को एक रासायनिक उत्प्रेरक के रूप में आसपास के रक्त का उपयोग करके भी संचालित किया जा सकता है जो नैनोबॉट द्वारा अपने साथ लाए गए रसायन के साथ मिलकर ऊर्जा पैदा करता है। कैपेसिटर बैटरी के समान काम करते हैं, विद्युत ऊर्जा संग्रहीत करते हैं जिसका उपयोग नैनोबोट को चलाने के लिए किया जा सकता है। छोटे परमाणु ऊर्जा स्रोतों जैसे अन्य विकल्पों पर भी विचार किया गया है।

जहां तक ​​बाहरी बिजली स्रोतों का सवाल है, अविश्वसनीय रूप से छोटे, पतले तार नैनोबॉट्स को बाहरी बिजली स्रोत से जोड़ सकते हैं। ऐसे तारों को लघु फाइबर ऑप्टिक केबलों से बनाया जा सकता है, जो तारों के नीचे प्रकाश की तरंगें भेजते हैं और नैनोबॉट के भीतर वास्तविक बिजली उत्पन्न करते हैं।

अन्य बाहरी शक्ति समाधानों में चुंबकीय क्षेत्र या अल्ट्रासोनिक सिग्नल शामिल हैं। नैनोबॉट्स पीज़ोइलेक्ट्रिक झिल्ली नामक किसी चीज़ का उपयोग कर सकते हैं, जो अल्ट्रासोनिक तरंगों को इकट्ठा करने और उन्हें विद्युत शक्ति में बदलने में सक्षम है। चुंबकीय क्षेत्रों का उपयोग नैनोबोट पर मौजूद एक बंद संचालन लूप के भीतर विद्युत धाराओं को उत्प्रेरित करने के लिए किया जा सकता है। बोनस के रूप में, चुंबकीय क्षेत्र का उपयोग नैनोबोट की दिशा को नियंत्रित करने के लिए भी किया जा सकता है।

हरकत

की समस्या का समाधान नैनोबॉट लोकोमोशन कुछ आविष्कारशील समाधानों की आवश्यकता है। नैनोबॉट्स जो बंधे नहीं हैं, या अपने वातावरण में मुक्त रूप से तैर नहीं रहे हैं, उन्हें अपने लक्षित स्थानों पर जाने के लिए कुछ विधि की आवश्यकता होती है। प्रणोदन प्रणाली को शक्तिशाली और स्थिर होने की आवश्यकता होगी, जो रक्त के प्रवाह जैसे आसपास के वातावरण में धाराओं के खिलाफ नैनोबोट को प्रेरित करने में सक्षम हो। जांच के तहत प्रणोदन समाधान अक्सर प्राकृतिक दुनिया से प्रेरित होते हैं, शोधकर्ता यह देखते हैं कि सूक्ष्म जीव अपने पर्यावरण के माध्यम से कैसे चलते हैं। उदाहरण के लिए, सूक्ष्मजीव स्वयं को आगे बढ़ाने के लिए अक्सर लंबी, चाबुक जैसी पूंछों का उपयोग करते हैं जिन्हें फ्लैगेला कहा जाता है, या वे कई छोटे, बाल जैसे अंगों का उपयोग करते हैं जिन्हें सिलिया कहा जाता है।

शोधकर्ता रोबोट को छोटा देने का भी प्रयोग कर रहे हैं भुजा जैसे उपांग जो रोबोट को तैरने, पकड़ने और रेंगने की अनुमति दे सकता है। वर्तमान में, इन उपांगों को शरीर के बाहर चुंबकीय क्षेत्रों के माध्यम से नियंत्रित किया जाता है, क्योंकि चुंबकीय बल रोबोट की भुजाओं को कंपन करने के लिए प्रेरित करता है। गति की इस पद्धति का एक अतिरिक्त लाभ यह है कि इसके लिए ऊर्जा एक बाहरी स्रोत से आती है। इस तकनीक को सच्चे नैनोबॉट्स के लिए व्यवहार्य बनाने के लिए इसे और भी छोटा बनाने की आवश्यकता होगी।

अन्य, अधिक आविष्कारशील, प्रणोदन रणनीतियों की भी जांच चल रही है। उदाहरण के लिए, कुछ शोधकर्ताओं ने एक विद्युत चुम्बकीय पंप को इंजीनियर करने के लिए कैपेसिटर का उपयोग करने का प्रस्ताव दिया है जो प्रवाहकीय तरल पदार्थ को अंदर खींच लेगा और इसे बाहर निकाल देगा। एक जेट की तरह, नैनोबॉट को आगे बढ़ा रहा है।

नैनोबॉट्स के अंतिम अनुप्रयोग के बावजूद, उन्हें नेविगेशन, लोकोमोशन और पावर को संभालने जैसी ऊपर वर्णित समस्याओं का समाधान करना होगा।

नैनोबॉट्स का उपयोग किस लिए किया जाता है?

जैसा कि उल्लेख किया गया है, नैनोबॉट्स के लिए पहला उपयोग संभवतः में होगा चिकित्सा क्षेत्र. नैनोबॉट्स का उपयोग शरीर को होने वाली क्षति की निगरानी के लिए किया जा सकता है, और संभावित रूप से इस क्षति की मरम्मत की सुविधा भी प्रदान की जा सकती है। भविष्य के नैनोबॉट्स उन कोशिकाओं तक सीधे दवा पहुंचा सकते हैं जिन्हें उनकी आवश्यकता है। वर्तमान में, दवाएं मौखिक रूप से या अंतःशिरा द्वारा वितरित की जाती हैं और वे केवल लक्षित क्षेत्रों तक पहुंचने के बजाय पूरे शरीर में फैल जाती हैं, जिससे दुष्प्रभाव होते हैं। सेंसर से लैस नैनोबॉट्स का उपयोग कोशिकाओं के क्षेत्रों में परिवर्तनों की निगरानी के लिए आसानी से किया जा सकता है, जो क्षति या खराबी के पहले संकेत पर परिवर्तनों की सूचना देते हैं।

हम अभी भी इन काल्पनिक अनुप्रयोगों से बहुत दूर हैं, लेकिन प्रगति हर समय हो रही है। उदाहरण के तौर पर 2017 में वैज्ञानिक नैनोबॉट्स बनाए जो कैंसर कोशिकाओं को लक्षित करते थे और उन पर एक छोटी सी ड्रिल से हमला किया, जिससे उनकी मौत हो गई। इस वर्ष, आईटीएमओ विश्वविद्यालय के शोधकर्ताओं के एक समूह ने डीएनए टुकड़ों से बना एक नैनोबॉट डिजाइन किया, रोगजनक आरएनए स्ट्रैंड को नष्ट करने में सक्षम। डीएनए-आधारित नैनोबॉट्स वर्तमान में आणविक कार्गो के परिवहन में भी सक्षम हैं, नैनोबॉट तीन अलग-अलग डीएनए अनुभागों से बना है, जो डीएनए "पैर" के साथ काम करते हैं और "बांह" के उपयोग से विशिष्ट अणुओं को ले जाते हैं।

चिकित्सा अनुप्रयोगों से परे, पर्यावरण सफाई और उपचार के प्रयोजनों के लिए नैनोबॉट्स के उपयोग के संबंध में अनुसंधान किया जा रहा है। हटाने के लिए संभावित रूप से नैनोबॉट्स का उपयोग किया जा सकता है विषैली भारी धातुएँ और प्लास्टिक जल निकायों से. नैनोबॉट्स ऐसे यौगिकों को ले जा सकते हैं जो विषाक्त पदार्थों को एक साथ मिलाने पर निष्क्रिय कर देते हैं, या उनका उपयोग समान प्रक्रियाओं के माध्यम से प्लास्टिक कचरे को नष्ट करने के लिए किया जा सकता है। अत्यंत छोटे कंप्यूटर चिप्स और प्रोसेसर के उत्पादन को सुविधाजनक बनाने के लिए नैनोबॉट्स के उपयोग पर भी शोध किया जा रहा है, अनिवार्य रूप से माइक्रोस्केल कंप्यूटर सर्किट का उत्पादन करने के लिए नैनोबॉट्स का उपयोग किया जाता है।