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

Ketika teknologi maju, hal-hal tidak selalu menjadi lebih besar dan lebih baik, benda-benda juga menjadi lebih kecil. Faktanya, nanoteknologi adalah salah satu bidang teknologi yang tumbuh paling cepat, dengan nilai lebih dari 1 triliun USD, dan diperkirakan akan tumbuh sekitar 17% dalam lima tahun ke depan. Nanobots adalah bagian besar dari bidang nanoteknologi, tetapi apa sebenarnya mereka dan bagaimana mereka beroperasi? Mari kita lihat lebih dekat nanobots untuk memahami bagaimana teknologi ini bekerja dan apa yang digunakannya.

Apa itu Nanobots?

Bidang nanoteknologi berkaitan dengan penelitian dan pengembangan teknologi yang berukuran sekitar satu hingga 100 nanometer. Oleh karena itu, nanorobotika fokus pada pembuatan robot yang berukuran sekitar itu. Dalam prakteknya, sulit untuk merancang sesuatu yang sekecil itu dan istilah “nanorobot” dan “nanobot” sering diterapkan pada perangkat yang berukuran sekitar 0,1-10 mikrometer, yang masih cukup kecil.

Penting untuk dicatat bahwa istilah “nanorobot” kadang-kadang diterapkan pada perangkat yang berinteraksi dengan objek pada skala nanometer, memanipulasi item skala nano. Oleh karena itu, bahkan jika perangkat itu sendiri jauh lebih besar, itu mungkin dianggap sebagai instrumen nanorobotik. Artikel ini akan fokus pada robot skala nano itu sendiri.

Sebagian besar bidang nanorobotika dan nanobots masih dalam tahap teoretis, dengan penelitian yang berfokus pada memecahkan masalah konstruksi pada skala yang sangat kecil. Namun, beberapa prototipe nanomesin dan nanomotor telah dirancang dan diuji.

Sebagian besar perangkat nanorobotik yang ada saat ini jatuh ke dalam salah satu dari empat kategori: switch, motor, shuttle, dan mobil.

Nanorobotik switch beroperasi dengan dipicu untuk beralih dari keadaan “mati” ke keadaan “hidup”. Faktor lingkungan digunakan untuk membuat mesin berubah bentuk, proses yang disebut perubahan konformasi. Lingkungan diubah menggunakan proses seperti reaksi kimia, cahaya UV, dan suhu, dan nanorobotik switch bergeser ke bentuk yang berbeda sebagai hasilnya, dapat melakukan tugas tertentu.

Nanomotor lebih kompleks daripada switch sederhana, dan mereka menggunakan energi yang dihasilkan oleh efek perubahan konformasi untuk bergerak dan mempengaruhi molekul di lingkungan sekitar.

Shuttle adalah nanorobot yang dapat mengangkut bahan kimia seperti obat ke daerah yang ditargetkan. Tujuannya adalah untuk menggabungkan shuttle dengan nanorobot motor sehingga shuttle dapat bergerak lebih jauh melalui lingkungan.

Nanorobotik “mobil” adalah perangkat nano yang paling maju saat ini, dapat bergerak secara independen dengan prompt dari katalis kimia atau elektromagnetik. Nanomotor yang menggerakkan nanorobotik mobil perlu dikontrol agar kendaraan dapat diarahkan, dan peneliti sedang bereksperimen dengan berbagai metode kontrol nanorobotik.

Peneliti nanorobotik bertujuan untuk mensintesis komponen dan teknologi yang berbeda ini menjadi nanomesin yang dapat menyelesaikan tugas yang kompleks, yang dilakukan oleh kawanan nanobots yang bekerja sama.

Foto: “Perbandingan ukuran nanomaterial dengan bahan lain.” Sureshup vai Wikimedia Commons, CC BY 3.0 (https://en.wikipedia.org/wiki/File:Comparison_of_nanomaterials_sizes.jpg)

Bagaimana Nanobots Dibuat?

Bidang nanorobotika berada di persimpangan banyak disiplin ilmu dan pembuatan nanobots melibatkan pembuatan sensor, aktuator, dan motor. Pemodelan fisik harus dilakukan, dan semua ini harus dilakukan pada skala nano. Seperti yang disebutkan sebelumnya, perangkat nanomanipulasi digunakan untuk merakit bagian-bagian skala nano ini dan memanipulasi komponen buatan atau biologis, termasuk manipulasi sel dan molekul.

Insinyur nanorobotik harus dapat memecahkan banyak masalah. Mereka harus menangani masalah sensor, kontrol daya, komunikasi, dan interaksi antara bahan anorganik dan organik.

Ukuran nanobot sebanding dengan sel biologis, dan karena itu, nanobot di masa depan dapat digunakan dalam disiplin seperti kedokteran dan pelestarian lingkungan. Sebagian besar “nanobot” yang ada saat ini hanya molekul yang dimanipulasi untuk melakukan tugas tertentu.

Nanobots yang kompleks pada dasarnya hanya molekul sederhana yang digabungkan dan dimanipulasi dengan proses kimia. Sebagai contoh, beberapa nanobots terdiri dari DNA, dan mereka mengangkut muatan molekuler.

Bagaimana Nanobots Beroperasi?

Mengingat sifat nanobot yang masih sangat teoretis, pertanyaan tentang bagaimana nanobots beroperasi dijawab dengan prediksi daripada pernyataan fakta. Kemungkinan besar, penggunaan nanobot pertama akan dalam bidang medis, bergerak melalui tubuh manusia dan melakukan tugas seperti mendiagnosis penyakit, memantau vital, dan mengeluarkan pengobatan. Nanobots ini perlu dapat menavigasi jalan mereka di sekitar tubuh manusia dan bergerak melalui jaringan seperti pembuluh darah.

Navigasi

Dalam hal navigasi nanobot, ada beberapa teknik yang sedang diselidiki oleh peneliti dan insinyur nanobot. Salah satu metode navigasi adalah menggunakan sinyal ultrasonik untuk deteksi dan penerapan. Nanobot dapat mengeluarkan sinyal ultrasonik yang dapat dilacak untuk menentukan posisi nanobot, dan robot dapat dipandu ke area tertentu dengan menggunakan alat khusus yang mengarahkan gerakan mereka. Perangkat MRI (Magnetic Resonance Imaging) juga dapat digunakan untuk melacak posisi nanobot, dan eksperimen awal dengan MRI telah menunjukkan bahwa teknologi dapat digunakan untuk mendeteksi dan bahkan memanipulasi nanobot. Metode lain untuk mendeteksi dan memanipulasi nanobot termasuk penggunaan sinar X, gelombang mikro, dan gelombang radio. Saat ini, kontrol kita atas gelombang-gelombang ini pada skala nano masih terbatas, sehingga metode baru untuk memanfaatkan gelombang-gelombang ini perlu ditemukan.

Sistem navigasi dan deteksi yang dijelaskan di atas adalah metode eksternal, bergantung pada penggunaan alat untuk memindahkan nanobot. Dengan penambahan sensor onboard, nanobot dapat lebih otonom. Sebagai contoh, sensor kimia onboard nanobot dapat memungkinkan robot untuk memindai lingkungan sekitar dan mengikuti penanda kimia ke area target.

Daya

Ketika datang ke pemberdayaan nanobot, ada beberapa solusi daya yang sedang diselidiki oleh peneliti. Solusi untuk pemberdayaan nanobot termasuk sumber daya eksternal dan sumber daya onboard/internal.

Solusi daya internal termasuk generator dan kapasitor. Generator onboard nanobot dapat menggunakan elektrolit yang ditemukan dalam darah untuk menghasilkan energi, atau nanobot bahkan dapat diberdayakan menggunakan darah sekitar sebagai katalis kimia yang menghasilkan energi ketika digabungkan dengan bahan kimia yang dibawa oleh nanobot. Kapasitor beroperasi serupa dengan baterai, menyimpan energi listrik yang dapat digunakan untuk mendorong nanobot. Opsi lain seperti sumber daya nuklir kecil bahkan telah dipertimbangkan.

Sejauh ini, sumber daya eksternal termasuk kabel yang sangat tipis yang dapat menghubungkan nanobot ke sumber daya luar. Kabel seperti itu dapat dibuat dari kabel serat optik miniatur, mengirimkan pulsa cahaya melalui kabel dan memiliki listrik yang sebenarnya dihasilkan dalam nanobot.

Solusi daya eksternal lainnya termasuk medan magnetik atau sinyal ultrasonik. Nanobot dapat menggunakan membran piezoelektrik, yang dapat mengumpulkan gelombang ultrasonik dan mengubahnya menjadi daya listrik. Medan magnetik dapat digunakan untuk mengkatalisasi arus listrik dalam loop konduktor tertutup yang terkandung dalam nanobot. Sebagai bonus, medan magnetik juga dapat digunakan untuk mengontrol arah nanobot.

Lokomosi

Menangani masalah lokomosi nanobot memerlukan beberapa solusi kreatif. Nanobot yang tidak terhubung, atau tidak hanya mengapung di lingkungan sekitar, perlu memiliki metode untuk bergerak ke lokasi target. Sistem propulsi akan perlu kuat dan stabil, dapat mendorong nanobot melawan arus di lingkungan sekitar, seperti aliran darah. Solusi propulsi yang sedang diselidiki sering terinspirasi oleh dunia alam, dengan peneliti melihat bagaimana organisme mikroskopik bergerak melalui lingkungan mereka. Sebagai contoh, mikroorganisme sering menggunakan ekor yang panjang dan seperti cambuk yang disebut flagela untuk mendorong diri mereka, atau mereka menggunakan sejumlah anggota tubuh kecil yang disebut silia.

Peneliti juga bereksperimen dengan memberikan robot lengan kecil yang dapat memungkinkan robot untuk berenang, menggenggam, dan merayap. Saat ini, lengan-lengan ini dikontrol melalui medan magnetik di luar tubuh, karena gaya magnetik memicu lengan robot untuk bergetar. Kelebihan tambahan dari metode lokomosi ini adalah bahwa energi untuk itu berasal dari sumber luar. Teknologi ini perlu dibuat lebih kecil untuk membuatnya layak untuk nanobot sejati.

Ada strategi propulsi lain yang lebih kreatif yang juga sedang diselidiki. Sebagai contoh, beberapa peneliti telah mengusulkan menggunakan kapasitor untuk merancang pompa elektromagnetik yang akan menarik cairan konduktif dan menembaknya keluar seperti jet, mendorong nanobot ke depan.

Tidak peduli aplikasi akhir nanobot, mereka harus menyelesaikan masalah yang dijelaskan di atas, menangani navigasi, lokomosi, dan daya.

Apa yang Digunakan Nanobots?

Seperti yang disebutkan, penggunaan pertama nanobot akan kemungkinan besar dalam bidang medis. Nanobot dapat digunakan untuk memantau kerusakan pada tubuh, dan bahkan memungkinkan perbaikan kerusakan tersebut. Nanobot di masa depan dapat mengirimkan obat langsung ke sel yang membutuhkannya. Saat ini, obat-obatan diberikan secara oral atau intravena dan menyebar ke seluruh tubuh bukan hanya ke area target, menyebabkan efek sampingan. Nanobot yang dilengkapi dengan sensor dapat dengan mudah digunakan untuk memantau perubahan di area sel, melaporkan perubahan pada tanda pertama kerusakan atau kerusakan.

Kita masih jauh dari aplikasi hipotetis ini, tetapi kemajuan sedang dibuat sepanjang waktu. Sebagai contoh, pada 2017, ilmuwan membuat nanobot yang menargetkan sel kanker dan menyerangnya dengan bor miniatur, membunuhnya. Tahun ini, sekelompok peneliti dari ITMO University merancang nanobot yang terdiri dari fragmen DNA, dapat menghancurkan rantai RNA patogen. Nanobot berbasis DNA juga saat ini dapat mengangkut muatan molekuler, Nanobot ini terdiri dari tiga bagian DNA yang berbeda, bergerak dengan “kaki” DNA dan membawa molekul tertentu dengan menggunakan “lengan”.

Di luar aplikasi medis, penelitian sedang dilakukan tentang penggunaan nanobot untuk tujuan pembersihan lingkungan dan remediasi. Nanobot dapat digunakan untuk menghilangkan logam berat beracun dan plastik dari badan air. Nanobot dapat membawa senyawa yang dapat menetralkan zat beracun ketika digabungkan, atau mereka dapat digunakan untuk mendegradasi limbah plastik melalui proses yang sama. Penelitian juga sedang dilakukan tentang penggunaan nanobot untuk memfasilitasi produksi chip komputer dan prosesor yang sangat kecil, pada dasarnya menggunakan nanobot untuk menghasilkan sirkuit komputer mikroskala.