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

जैसे-जैसे प्रौद्योगिकी आगे बढ़ती है, चीजें हमेशा बड़ी और बेहतर नहीं होती हैं, वस्तुएं भी छोटी होती जा रही हैं। वास्तव में, नैनोटेक्नोलॉजी सबसे तेजी से बढ़ते प्रौद्योगिकी क्षेत्रों में से एक है, जिसका मूल्य 1 ट्रिलियन USD से अधिक है, और यह अगले आधे दशक में लगभग 17% की वृद्धि की उम्मीद है। नैनोबॉट्स नैनोटेक्नोलॉजी क्षेत्र का एक महत्वपूर्ण हिस्सा हैं, लेकिन वे वास्तव में क्या हैं और वे कैसे काम करते हैं? आइए नैनोबॉट्स को करीब से देखें और समझें कि यह परिवर्तनकारी प्रौद्योगिकी कैसे काम करती है और इसका उपयोग क्या है।

नैनोबॉट्स क्या हैं?

नैनोटेक्नोलॉजी क्षेत्र लगभग एक से 100 नैनोमीटर के पैमाने पर प्रौद्योगिकी के अनुसंधान और विकास से संबंधित है। इसलिए, नैनोरोबोटिक्स उन रोबोट्स के निर्माण पर केंद्रित है जो लगभग इस आकार के हैं। व्यवहार में, एक नैनोमीटर के आकार में कुछ भी डिज़ाइन करना मुश्किल है, और “नैनोरोबोटिक्स” और “नैनोबॉट” शब्द अक्सर उन उपकरणों पर लागू होते हैं जो लगभग 0.1 – 10 माइक्रोमीटर के आकार में होते हैं, जो अभी भी बहुत छोटा है।

यह ध्यान रखना महत्वपूर्ण है कि “नैनोरोबोट” शब्द कभी-कभी उन उपकरणों पर लागू होता है जो नैनोस्केल वस्तुओं के साथ बातचीत करते हैं, नैनोस्केल आइटम को मैनिप्युलेट करते हैं। इसलिए, भले ही उपकरण स्वयं बहुत बड़ा हो, यह एक नैनोरोबोटिक उपकरण माना जा सकता है। यह लेख नैनोस्केल रोबोट्स पर केंद्रित होगा।

नैनोरोबोटिक्स और नैनोबॉट्स के क्षेत्र में अधिकांश अभी भी सैद्धांतिक चरण में है, और अनुसंधान निर्माण की समस्याओं को हल करने पर केंद्रित है। हालांकि, कुछ प्रोटोटाइप नैनोमशीन और नैनोमोटर डिज़ाइन और परीक्षण किए गए हैं।

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

नैनोरोबोटिक स्विच “बंद” से “चालू” अवस्था में स्विच करने के लिए प्रेरित होते हैं। पर्यावरणीय कारकों का उपयोग मशीन को आकार बदलने के लिए किया जाता है, जिसे संक्रमण परिवर्तन कहा जाता है। पर्यावरण रासायनिक प्रतिक्रियाओं, यूवी प्रकाश, और तापमान जैसी प्रक्रियाओं का उपयोग करके बदला जाता है, और नैनोरोबोटिक स्विच विभिन्न रूपों में बदल जाते हैं, विशिष्ट कार्यों को पूरा करने में सक्षम होते हैं।

नैनोमोटर सimple स्विच से अधिक जटिल होते हैं, और वे संक्रमण परिवर्तन के प्रभाव से उत्पन्न ऊर्जा का उपयोग करके चलते हैं और आसपास के वातावरण में अणुओं को प्रभावित करते हैं।

शटल वे नैनोरोबोट्स हैं जो रसायनों जैसे दवाओं को विशिष्ट, लक्षित क्षेत्रों में परिवहन कर सकते हैं। लक्ष्य नैनोरोबोट मोटर के साथ शटल को जोड़ना है ताकि शटल एक वातावरण में अधिक गति प्राप्त कर सकें।

नैनोरोबोटिक “कारें” वर्तमान में सबसे उन्नत नैनो-उपकरण हैं, जो रासायनिक या विद्युत चुम्बकीय उत्प्रेरक से प्रेरित होकर स्वतंत्र रूप से चलने में सक्षम हैं। नैनोरोबोटिक कारों को चलाने वाले नैनोमोटरों को नियंत्रित करने की आवश्यकता है ताकि वाहन को निर्देशित किया जा सके, और शोधकर्ता विभिन्न नैनोरोबोटिक नियंत्रण विधियों के साथ प्रयोग कर रहे हैं।

नैनोरोबोटिक्स शोधकर्ता इन विभिन्न घटकों और प्रौद्योगिकियों को नैनोमशीनों में संश्लेषित करने का लक्ष्य रखते हैं जो जटिल कार्यों को पूरा कर सकते हैं, नैनोबॉट्स के झुंड के साथ काम करके प्राप्त किया जा सकता है।

फोटो: “नैनोमैटेरियल्स के आकार की तुलना अन्य सामान्य सामग्रियों के साथ।” सुरेशप वाई विकिमीडिया कॉमन्स, सीसी बाय 3.0 (https://en.wikipedia.org/wiki/File:Comparison_of_nanomaterials_sizes.jpg)

नैनोबॉट्स कैसे बनाए जाते हैं?

नैनोरोबोटिक्स क्षेत्र कई अनुशासनों के चौराहे पर है, और नैनोबॉट्स का निर्माण सेंसर, एक्ट्यूएटर और मोटर के निर्माण को शामिल करता 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 असेंबल करने और कृत्रिम या जैविक घटकों को मैनिप्युलेट करने के लिए किया जाता है, जिसमें कोशिकाओं और अणुओं का मैनिप्युलेशन शामिल है।

नैनोरोबोटिक्स इंजीनियरों को कई समस्याओं का समाधान करना होगा। उन्हें संवेदन, नियंत्रण शक्ति, संचार, और अकार्बनिक और जैविक सामग्री के बीच परस्पर क्रिया के मुद्दों का समाधान करना होगा।

नैनोबॉट का आकार जैविक कोशिकाओं के आकार के बराबर है, और इस तथ्य के कारण भविष्य के नैनोबॉट्स चिकित्सा और पर्यावरण संरक्षण/पुनर्स्थापना जैसे क्षेत्रों में नियोजित किए जा सकते हैं। आज मौजूद अधिकांश “नैनोबॉट्स” वास्तव में विशिष्ट कार्यों को पूरा करने के लिए मैनिप्युलेट किए गए विशिष्ट अणु हैं।

जटिल नैनोबॉट्स मूल रूप से सरल अणुओं के संयोजन होते हैं जो रासायनिक प्रक्रियाओं द्वारा मैनिप्युलेट किए जाते हैं। उदाहरण के लिए, कुछ नैनोबॉट्स डीएनए से बने होते हैं, और वे अणु भार को परिवहन कर सकते हैं।

नैनोबॉट्स कैसे काम करते हैं?

नैनोबॉट्स की अभी भी बहुत सैद्धांतिक प्रकृति को देखते हुए, नैनोबॉट्स के संचालन के बारे में प्रश्नों का उत्तर भविष्यवाणियों के साथ दिया जाता है, न कि तथ्यों के साथ। यह संभव है कि नैनोबॉट्स के लिए पहले प्रमुख उपयोग चिकित्सा क्षेत्र में होंगे, मानव शरीर में घूमने और बीमारियों का निदान करने, विटल्स की निगरानी करने, और उपचार वितरित करने जैसे कार्यों को पूरा करने में। इन नैनोबॉट्स को मानव शरीर में अपना रास्ता नेविगेट करने और ऊतकों जैसे रक्त वाहिकाओं में घूमने में सक्षम होने की आवश्यकता होगी।
नेविगेशन

नैनोबॉट नेविगेशन के संदर्भ में, शोधकर्ता और इंजीनियर कई तकनीकों की जांच कर रहे हैं। नैनोबॉट नेविगेशन की एक विधि है अल्ट्रासोनिक सिग्नल का उपयोग करके पता लगाने और तैनाती की। एक नैनोबॉट अल्ट्रासोनिक सिग्नल उत्पन्न कर सकता है जो नैनोबॉट की स्थिति का पता लगाने के लिए ट्रेस किया जा सकता है, और फिर नैनोबॉट को एक विशेष उपकरण का उपयोग करके विशिष्ट क्षेत्रों में निर्देशित किया जा सकता है जो उनकी गति को निर्देशित करता है। चुंबकीय अनुनाद इमेजिंग (एमआरआई) उपकरणों का भी उपयोग नैनोबॉट की स्थिति को ट्रैक करने के लिए किया जा सकता है, और एमआरआई के साथ प्रारंभिक प्रयोग ने दिखाया है कि प्रौद्योगिकी का उपयोग नैनोबॉट्स का पता लगाने और यहां तक कि मैनिप्युलेट करने के लिए किया जा सकता है। नैनोबॉट्स का पता लगाने और मैनिप्युलेट करने के अन्य तरीकों में एक्स-रे, माइक्रोवेव और रेडियो-वेव का उपयोग शामिल है। वर्तमान में, हमारा नैनो-स्केल पर इन तरंगों का नियंत्रण सीमित है, इसलिए इन तरंगों का उपयोग करने के नए तरीके आविष्कृत किए जाने चाहिए।

उपरोक्त वर्णित नेविगेशन और पता लगाने वाली प्रणाली बाहरी तरीकों पर निर्भर करती है, जो उपकरणों का उपयोग नैनोबॉट्स को स्थानांतरित करने के लिए करती है। ऑनबोर्ड सेंसर के साथ, नैनोबॉट्स अधिक स्वायत्त हो सकते हैं। उदाहरण के लिए, नैनोबॉट्स में ऑनबोर्ड रासायनिक सेंसर शामिल हो सकते हैं जो नैनोबॉट को आसपास के वातावरण को स्कैन करने और एक निश्चित क्षेत्र में रासायनिक मार्करों का पालन करने की अनुमति दे सकते हैं।

पावर

नैनोबॉट्स को शक्ति प्रदान करने के लिए, शोधकर्ता कई पावर समाधानों का अन्वेषण कर रहे हैं। नैनोबॉट्स को शक्ति प्रदान करने के लिए समाधानों में बाहरी शक्ति स्रोत और ऑनबोर्ड/आंतरिक शक्ति स्रोत शामिल हैं।

आंतरिक पावर समाधानों में जनरेटर और कैपेसिटर शामिल हैं। नैनोबॉट में जनरेटर रक्त में मौजूद इलेक्ट्रोलाइट्स का उपयोग करके ऊर्जा उत्पन्न कर सकते हैं, या नैनोबॉट्स को आसपास के रक्त का उपयोग करके एक रासायनिक उत्प्रेरक के रूप में ऊर्जा उत्पन्न की जा सकती है जो नैनोबॉट द्वारा ले जाए जाने वाले एक रासायनिक के साथ मिलकर ऊर्जा उत्पन्न करती है। कैपेसिटर बैटरी की तरह काम करते हैं, जो नैनोबॉट को प्रोपेल करने के लिए उपयोग की जाने वाली विद्युत ऊर्जा को संग्रहीत करते हैं। अन्य विकल्पों में छोटे परमाणु शक्ति स्रोत भी शामिल हैं।

बाहरी शक्ति स्रोतों के संदर्भ में, बहुत पतली तार नैनोबॉट्स को बाहरी शक्ति स्रोत से जोड़ सकते हैं। ऐसे तार मिनिएचर फाइबर ऑप्टिक केबल्स से बने हो सकते हैं, जो तारों में प्रकाश के पल्स भेजते हैं और नैनोबॉट के भीतर वास्तविक बिजली का उत्पादन करते हैं।

अन्य बाहरी पावर समाधानों में चुंबकीय क्षेत्र या अल्ट्रासोनिक सिग्नल शामिल हैं। नैनोबॉट्स एक पीज़ोइलेक्ट्रिक मेम्ब्रेन का उपयोग कर सकते हैं, जो अल्ट्रासोनिक तरंगों को इकट्ठा करने और उन्हें विद्युत शक्ति में परिवर्तित करने में सक्षम है। चुंबकीय क्षेत्रों का उपयोग नैनोबॉट में एक बंद चालक लूप में विद्युत प्रवाह को उत्तेजित करने के लिए किया जा सकता है। एक बोनस के रूप में, चुंबकीय क्षेत्र का उपयोग नैनोबॉट की दिशा को नियंत्रित करने के लिए भी किया जा सकता है।

लोकोमोशन

नैनोबॉट लोकोमोशन की समस्या का समाधान करने के लिए कुछ आविष्कारशील समाधानों की आवश्यकता है। नैनोबॉट्स जो टेथर्ड नहीं हैं या अपने वातावरण में बस तैरते नहीं हैं, उन्हें अपने लक्ष्य स्थानों तक ले जाने के लिए कुछ तरीके की आवश्यकता होगी। प्रोपल्शन प्रणाली को शक्तिशाली और स्थिर होने की आवश्यकता होगी, जो आसपास के वातावरण में धाराओं के खिलाफ नैनोबॉट को प्रोपेल करने में सक्षम हो, जैसे कि रक्त प्रवाह। प्रोपल्शन समाधानों की जांच में अक्सर प्राकृतिक दुनिया से प्रेरणा ली जाती है, जहां शोधकर्ता देखते हैं कि माइक्रोस्कोपिक जीव अपने वातावरण में कैसे चलते हैं। उदाहरण के लिए, माइक्रोओर्गनिज्म अक्सर खुद को प्रोपेल करने के लिए लंबे, फ्लैगेला नामक पूंछ जैसी संरचनाओं का उपयोग करते हैं, या वे सिलिया नामक कई छोटे, बाल जैसे अंगों का उपयोग करते हैं।

शोधकर्ता नैनोबॉट्स को छोटे आर्म-जैसे अपेंडेज देने के साथ भी प्रयोग कर रहे हैं जो नैनोबॉट्स को तैरने, पकड़ने और रेंगने की अनुमति दे सकते हैं। वर्तमान में, ये अपेंडेज चुंबकीय क्षेत्रों द्वारा नियंत्रित किए जाते हैं, जो नैनोबॉट के हाथों को कंपन करने के लिए प्रेरित करते हैं। इस विधि का एक अतिरिक्त लाभ यह है कि ऊर्जा बाहरी स्रोत से आती है। इस प्रौद्योगिकी को वास्तविक नैनोबॉट्स के लिए व्यवहार्य बनाने के लिए इसे और छोटा बनाने की आवश्यकता होगी।

अन्य, अधिक आविष्कारशील, प्रोपल्शन रणनीतियों पर भी शोध किया जा रहा है। उदाहरण के लिए, कुछ शोधकर्ताओं ने एक इलेक्ट्रोमैग्नेटिक पंप का प्रस्ताव किया है जो एक जेट की तरह कंडक्टिव द्रव को इंजेक्ट और शूट कर सकता है, नैनोबॉट को आगे बढ़ाता है।

नैनोबॉट्स का उपयोग क्या है?

जैसा कि उल्लेख किया गया है, नैनोबॉट्स के लिए पहले उपयोग चिकित्सा क्षेत्र में होने की संभावना है। नैनोबॉट्स का उपयोग शरीर में क्षति की निगरानी के लिए किया जा सकता है, और संभावित रूप से甚至 इस क्षति की मरम्मत में मदद कर सकता है। भविष्य के नैनोबॉट्स सेल्स को सीधे दवा वितरित कर सकते हैं। वर्तमान में, दवाएं मौखिक रूप से या अंतःशिरा दी जाती हैं और वे शरीर में फैल जाती हैं, लक्ष्य क्षेत्रों को हिट करने के बजाय दुष्प्रभाव पैदा करती हैं। नैनोबॉट्स में सेंसर लगे हो सकते हैं जो कोशिकाओं के क्षेत्रों में परिवर्तनों की निगरानी कर सकते हैं, और क्षति या दोष के पहले संकेत पर परिवर्तनों की रिपोर्ट कर सकते हैं।

हम अभी भी इन अनुमानित अनुप्रयोगों से बहुत दूर हैं, लेकिन प्रगति हो रही है। उदाहरण के लिए, 2017 में वैज्ञानिकों ने नैनोबॉट्स बनाए जो कैंसर कोशिकाओं पर हमला करते हैं और उन्हें मार देते हैं। इस साल, आईटीएमओ विश्वविद्यालय के शोधकर्ताओं ने डीएनए खंडों से बना एक नैनोबॉट डिज़ाइन किया जो रोगजनक आरएनए स्ट्रैंड्स को नष्ट कर सकता है। डीएनए-आधारित नैनोबॉट्स वर्तमान में अणु भार को परिवहन करने में सक्षम हैं, नैनोबॉट में तीन अलग-अलग डीएनए खंड होते हैं, जो एक डीएनए “पैर” के साथ मैनिप्युलेट होते हैं और एक “हाथ” के उपयोग से विशिष्ट अणुओं को ले जाते हैं।

चिकित्सा अनुप्रयोगों से परे, पर्यावरण स्वच्छता और पुनर्स्थापना के उद्देश्यों के लिए नैनोबॉट्स के उपयोग पर शोध किया जा रहा है। नैनोबॉट्स का उपयोग जल निकायों से विषाक्त भारी धातुओं और प्लास्टिक को हटाने के लिए किया जा सकता है। नैनोबॉट्स विषाक्त पदार्थों को निष्क्रिय करने वाले यौगिकों को ले जा सकते हैं जब वे एक साथ मिल जाते हैं, या वे प्लास्टिक कचरे को समान प्रक्रियाओं के माध्यम से अपघटित करने के लिए उपयोग किए जा सकते हैं। नैनोबॉट्स का उपयोग बेहद छोटे कंप्यूटर चिप्स और प्रोसेसर के उत्पादन को सुविधाजनक बनाने के लिए भी किया जा रहा है, मूल रूप से नैनोबॉट्स का उपयोग माइक्रोस्केल कंप्यूटर सर्किट का उत्पादन करने के लिए किया जा रहा है।