Apa itu Nanobot? Memahami Struktur, Operasi, dan Penggunaan Nanobot

Seiring kemajuan teknologi, benda tidak selalu menjadi lebih besar dan lebih baik, benda juga menjadi lebih kecil. Faktanya, nanoteknologi adalah salah satu bidang teknologi dengan pertumbuhan tercepat, bernilai lebih dari 1 triliun USD, dan diperkirakan akan tumbuh sekitar 17% selama setengah dekade berikutnya. Nanobots adalah bagian utama dari bidang nanoteknologi, tetapi apa tepatnya dan bagaimana cara kerjanya? Mari kita lihat lebih dekat nanobot untuk memahami cara kerja teknologi transformatif ini dan kegunaannya.

Apa Itu Nanobot?

Bidang nanoteknologi berkaitan dengan penelitian dan pengembangan teknologi dalam skala sekitar satu hingga 100 nanometer. Oleh karena itu, nanorobotics difokuskan pada pembuatan robot dengan ukuran sekitar ini. Dalam praktiknya, sulit untuk merekayasa sesuatu sekecil satu nanometer dalam skala dan istilah "nanorobotics" dan "nanobot" sering digunakan. terapan hingga perangkat yang berukuran sekitar 0.1 – 10 mikrometer, yang masih cukup kecil.

Penting untuk dicatat bahwa istilah "nanorobot" terkadang diterapkan pada perangkat yang berinteraksi dengan objek berskala nano, memanipulasi item berskala nano. Oleh karena itu, meskipun perangkat itu sendiri jauh lebih besar, itu dapat dianggap sebagai instrumen robot nano. Artikel ini akan berfokus pada robot berskala nano itu sendiri.

Sebagian besar bidang robot nano dan robot nano masih dalam tahap teoretis, dengan penelitian yang berfokus pada penyelesaian masalah konstruksi dalam skala kecil. Namun, beberapa prototipe mesin nano dan motor nano telah dirancang dan diuji.

Sebagian besar perangkat nanorobotic yang ada saat ini termasuk salah satu dari empat kategori: sakelar, motor, angkutan, dan mobil.

Sakelar robot nano beroperasi dengan diminta untuk beralih dari status "mati" ke status "aktif". Faktor lingkungan digunakan untuk membuat mesin berubah bentuk, sebuah proses yang disebut perubahan konformasi. Lingkungan diubah menggunakan proses seperti reaksi kimia, sinar UV, dan suhu, dan sebagai hasilnya, sakelar robot nano bergeser ke bentuk yang berbeda, mampu menyelesaikan tugas tertentu.

Nanomotor lebih kompleks daripada sakelar sederhana, dan mereka memanfaatkan energi yang diciptakan oleh efek perubahan konformasi untuk bergerak dan mempengaruhi molekul di lingkungan sekitar.

Pesawat ulang-alik adalah robot nano yang mampu mengangkut bahan kimia seperti obat-obatan ke wilayah sasaran tertentu. Tujuannya adalah untuk menggabungkan angkutan dengan motor nanorobot sehingga angkutan mampu melakukan pergerakan yang lebih besar melalui lingkungan.

"Mobil" nanorobotik adalah perangkat nano tercanggih saat ini, yang mampu bergerak secara independen dengan petunjuk dari katalis kimia atau elektromagnetik. Motor nano yang menggerakkan mobil robot nano perlu dikontrol agar kendaraan dapat dikemudikan, dan para peneliti bereksperimen dengan berbagai metode kontrol robot nano.

Peneliti nanorobotics bertujuan untuk mensintesis berbagai komponen dan teknologi ini menjadi mesin nano yang dapat menyelesaikan tugas kompleks, diselesaikan oleh segerombolan robot nano yang bekerja sama.

Foto: Foto: “Perbandingan ukuran bahan nano dengan bahan umum lainnya.” Tentu saja dengan Wikimedia Commons, CC BY 3.0 (https://en.wikipedia.org/wiki/File:Comparison_of_nanomaterials_sizes.jpg)

Bagaimana Nanobots Dibuat?

Bidang robot nano berada di persimpangan banyak disiplin ilmu dan pembuatan robot nano melibatkan pembuatan sensor, aktuator, dan motor. Pemodelan fisik juga harus dilakukan, dan semua ini harus dilakukan dalam skala nano. Seperti disebutkan di atas, perangkat nanomanipulation digunakan untuk merakit bagian berskala nano ini dan memanipulasi komponen buatan atau biologis, yang mencakup manipulasi sel dan molekul.

Insinyur nanorobotika harus mampu memecahkan banyak masalah. Mereka harus mengatasi masalah tentang sensasi, kekuatan kontrol, komunikasi, dan interaksi antara bahan anorganik dan organik.

Ukuran nanobot kira-kira sebanding dengan sel biologis, dan karena fakta ini, nanobot masa depan dapat digunakan dalam disiplin ilmu seperti kedokteran dan pelestarian/perbaikan lingkungan. Sebagian besar "nanobot" yang ada saat ini hanyalah molekul spesifik yang telah dimanipulasi untuk menyelesaikan tugas tertentu. 

Nanobot kompleks pada dasarnya hanyalah molekul sederhana yang digabungkan dan dimanipulasi dengan proses kimia. Misalnya, beberapa nanobot terdiri dari DNA, Dan mereka mengangkut kargo molekuler.

Bagaimana Nanobot Beroperasi?

Mengingat sifat nanobot yang masih sangat teoretis, pertanyaan tentang bagaimana nanobot beroperasi dijawab dengan prediksi daripada pernyataan fakta. Kemungkinan penggunaan besar pertama untuk nanobot adalah di bidang medis, bergerak melalui tubuh manusia dan menyelesaikan tugas-tugas seperti mendiagnosis penyakit, memantau tanda-tanda vital, dan mengeluarkan perawatan. Nanobot ini harus dapat menavigasi jalan mereka di sekitar tubuh manusia dan bergerak melalui jaringan seperti pembuluh darah.

Navigasi

Dalam hal navigasi nanobot, ada berbagai teknik yang sedang diselidiki oleh para peneliti dan insinyur nanobot. Salah satu metode navigasi adalah pemanfaatan sinyal ultrasonik untuk deteksi dan penyebaran. Nanobot dapat memancarkan sinyal ultrasonik yang dapat dilacak untuk menemukan posisi nanobot, dan robot kemudian dapat dipandu ke area tertentu dengan menggunakan alat khusus yang mengarahkan gerakannya. Perangkat Pencitraan Resonansi Magnetik (MRI) juga dapat digunakan untuk melacak posisi robot nano, dan percobaan awal dengan MRI telah menunjukkan bahwa teknologi tersebut dapat digunakan untuk mendeteksi dan bahkan melakukan manuver nanobot. Metode lain untuk mendeteksi dan menggerakkan nanobot termasuk penggunaan sinar-X, gelombang mikro, dan gelombang radio. Saat ini, kendali kita atas gelombang ini pada skala nano cukup terbatas, jadi metode baru untuk memanfaatkan gelombang ini harus ditemukan.

Sistem navigasi dan deteksi yang dijelaskan di atas adalah metode eksternal, bergantung pada penggunaan alat untuk menggerakkan nanobot. Dengan penambahan sensor onboard, nanobot bisa lebih otonom. Misalnya, sensor kimia yang disertakan nanobot onboard dapat memungkinkan robot memindai lingkungan sekitar dan mengikuti penanda kimia tertentu ke wilayah target.

Daya

Dalam hal memberi daya pada robot nano, ada juga beragam solusi daya sedang dieksplorasi oleh para peneliti. Solusi untuk menyalakan nanobot mencakup sumber daya eksternal dan sumber daya onboard/internal.

Solusi daya internal meliputi generator dan kapasitor. Generator di nanobot dapat menggunakan elektrolit yang ditemukan di dalam darah untuk menghasilkan energi, atau nanobot bahkan dapat digerakkan menggunakan darah di sekitarnya sebagai katalis kimia yang menghasilkan energi bila dikombinasikan dengan bahan kimia yang dibawa oleh nanobot. Kapasitor beroperasi mirip dengan baterai, menyimpan energi listrik yang dapat digunakan untuk menggerakkan nanobot. Pilihan lain seperti sumber tenaga nuklir kecil bahkan telah dipertimbangkan.

Sejauh menyangkut sumber daya eksternal, kabel yang sangat kecil dan tipis dapat menambatkan nanobot ke sumber daya luar. Kabel semacam itu dapat dibuat dari kabel serat optik miniatur, mengirimkan pulsa cahaya ke kabel dan menghasilkan listrik aktual di dalam nanobot.

Solusi daya eksternal lainnya termasuk medan magnet atau sinyal ultrasonik. Nanobots dapat menggunakan sesuatu yang disebut membran piezoelektrik, yang mampu mengumpulkan gelombang ultrasonik dan mengubahnya menjadi tenaga listrik. Medan magnet dapat digunakan untuk mengkatalisasi arus listrik dalam loop konduktor tertutup yang terdapat di dalam nanobot. Sebagai bonus, medan magnet juga dapat digunakan untuk mengontrol arah robot nano.

Daya penggerak

Mengatasi masalah dari penggerak nanobot membutuhkan beberapa solusi inventif. Nanobot yang tidak ditambatkan, atau tidak hanya mengambang bebas di lingkungannya, perlu memiliki beberapa metode untuk berpindah ke lokasi targetnya. Sistem propulsi harus kuat dan stabil, mampu mendorong nanobot melawan arus di lingkungan sekitarnya, seperti aliran darah. Solusi propulsi yang sedang diselidiki sering terinspirasi oleh alam, dengan peneliti melihat bagaimana organisme mikroskop bergerak melalui lingkungan mereka. Misalnya, mikroorganisme sering menggunakan ekor panjang seperti cambuk yang disebut flagela untuk mendorong diri mereka sendiri, atau mereka menggunakan sejumlah kaki kecil seperti rambut yang disebut silia.

Peneliti juga bereksperimen dengan memberikan robot kecil pelengkap seperti lengan yang memungkinkan robot untuk berenang, mencengkeram, dan merangkak. Saat ini, pelengkap ini dikendalikan melalui medan magnet di luar tubuh, karena gaya magnet mendorong lengan robot untuk bergetar. Manfaat tambahan untuk metode penggerak ini adalah energi untuk itu berasal dari sumber luar. Teknologi ini perlu dibuat lebih kecil agar dapat digunakan untuk nanobot sejati.

Ada strategi propulsi lain yang lebih inventif yang juga sedang diselidiki. Misalnya, beberapa peneliti telah mengusulkan penggunaan kapasitor untuk merekayasa pompa elektromagnetik yang akan menarik cairan konduktif ke dalam dan mengeluarkannya seperti jet, mendorong nanobot ke depan.

Terlepas dari penerapan nanobot pada akhirnya, mereka harus menyelesaikan masalah yang dijelaskan di atas, menangani navigasi, penggerak, dan daya.

Untuk Apa Nanobots Digunakan?

Seperti disebutkan, penggunaan pertama untuk nanobots kemungkinan besar akan masuk bidang medis. Nanobots dapat digunakan untuk memantau kerusakan pada tubuh, dan bahkan berpotensi memfasilitasi perbaikan kerusakan ini. Nanobot masa depan dapat mengirimkan obat langsung ke sel yang membutuhkannya. Saat ini, obat-obatan diberikan secara oral atau intravena dan menyebar ke seluruh tubuh alih-alih mengenai daerah target saja, menyebabkan efek samping. Nanobot yang dilengkapi dengan sensor dapat dengan mudah digunakan untuk memantau perubahan di wilayah sel, melaporkan perubahan pada tanda pertama kerusakan atau malfungsi.

Kami masih jauh dari aplikasi hipotetis ini, tetapi kemajuan terus dibuat. Sebagai contoh, pada tahun 2017 para ilmuwan menciptakan nanobots yang menargetkan sel kanker dan menyerang mereka dengan bor mini, membunuh mereka. Tahun ini, sekelompok peneliti dari Universitas ITMO merancang robot nano yang terdiri dari fragmen DNA, mampu menghancurkan untai RNA patogen. Nanobot berbasis DNA juga saat ini mampu mengangkut muatan molekuler, Nanobot terbuat dari tiga bagian DNA yang berbeda, bermanuver dengan "kaki" DNA dan membawa molekul tertentu dengan menggunakan "lengan".

Di luar aplikasi medis, penelitian sedang dilakukan mengenai penggunaan nanobots untuk tujuan pembersihan dan perbaikan lingkungan. Nanobots berpotensi digunakan untuk menghapus logam berat beracun dan plastik dari badan air. Nanobots dapat membawa senyawa yang membuat zat beracun menjadi lembam saat digabungkan bersama, atau dapat digunakan untuk mendegradasi limbah plastik melalui proses serupa. Penelitian juga sedang dilakukan pada penggunaan nanobots untuk memfasilitasi produksi chip dan prosesor komputer yang sangat kecil, pada dasarnya menggunakan nanobots untuk menghasilkan sirkuit komputer skala mikro.