나노봇이란 무엇입니까? 나노봇 구조, 작동 및 용도 이해

기술이 발전함에 따라 사물이 항상 더 커지고 좋아지는 것은 아니며 물체도 작아집니다. 실제로 나노기술은 가장 빠르게 성장하는 기술 분야 중 하나이며 1조 달러 이상의 가치가 있으며 향후 17년 동안 약 XNUMX% 성장할 것으로 예상됩니다. 나노봇 나노 기술 분야의 주요 부분이지만 정확히 무엇이며 어떻게 작동합니까? 이 혁신적인 기술이 어떻게 작동하고 무엇을 위해 사용되는지 이해하기 위해 나노봇을 자세히 살펴보겠습니다.

나노봇이란?

나노기술 분야는 약 100~XNUMX나노미터 규모의 기술 연구 및 개발과 관련이 있습니다. 따라서 나노로봇공학은 이 정도 크기의 로봇을 만드는 데 주력한다. 실제로 XNUMX나노미터 크기만큼 작은 것을 엔지니어링하는 것은 어려우며 "나노로봇" 및 "나노봇"이라는 용어는 자주 사용됩니다. 적용된 크기가 약 0.1~10마이크로미터인 장치로, 여전히 매우 작습니다.

"나노로봇"이라는 용어는 때때로 나노 크기의 물체와 상호 작용하여 나노 크기의 항목을 조작하는 장치에 적용된다는 점에 유의하는 것이 중요합니다. 따라서 장치 자체가 훨씬 더 크더라도 나노로봇 기구로 간주될 수 있습니다. 이 기사는 나노 스케일 로봇 자체에 초점을 맞출 것입니다.

나노로봇과 나노봇 분야의 대부분은 아직 이론적인 단계에 있으며, 연구는 소규모 건설 문제를 해결하는 데 초점을 맞추고 있습니다. 그러나 일부 프로토타입 나노머신과 나노모터가 설계되고 테스트되었습니다.

현재 존재하는 대부분의 나노로봇 장치는 네 가지 범주 중 하나: 스위치, 모터, 셔틀 및 자동차.

나노 로봇 스위치는 "꺼짐" 상태에서 "켜짐" 상태로 전환하라는 메시지를 표시하여 작동합니다. 환경적 요인을 사용하여 기계가 모양을 바꾸도록 하는데, 이러한 과정을 구조적 변화라고 합니다. 환경은 화학 반응, 자외선, 온도와 같은 프로세스를 사용하여 변경되며 나노로봇 스위치는 결과적으로 특정 작업을 수행할 수 있는 다양한 형태로 전환됩니다.

나노 모터는 단순한 스위치보다 더 복잡하며 주변 환경의 분자를 이동하고 영향을 미치기 위해 형태 변화의 영향으로 생성된 에너지를 활용합니다.

셔틀은 약물과 같은 화학 물질을 특정 대상 지역으로 운반할 수 있는 나노 로봇입니다. 목표는 셔틀을 나노로봇 모터와 결합하여 셔틀이 환경을 통해 더 많은 움직임을 할 수 있도록 하는 것입니다.

나노로봇 "자동차"는 화학적 또는 전자기적 촉매의 프롬프트에 따라 독립적으로 움직일 수 있는 현재 가장 진보된 나노 장치입니다. 나노로봇 자동차를 구동하는 나노모터는 차량을 조종하기 위해 제어가 필요하며, 연구자들은 다양한 나노로봇 제어 방법을 실험하고 있다.

Nanorobotics 연구자들은 이러한 다양한 구성 요소와 기술을 함께 작동하는 나노봇 떼에 의해 수행되는 복잡한 작업을 완료할 수 있는 나노 기계로 합성하는 것을 목표로 합니다.

사진: 사진: "나노소재와 일반소재의 크기 비교." Sureshup vai Wikimedia Commons, CC BY 3.0(https://en.wikipedia.org/wiki/File:Comparison_of_nanomaterials_sizes.jpg)

나노봇은 어떻게 만들어지나요?

나노로봇 분야는 많은 분야의 교차로에 있으며 나노봇의 생성에는 센서, 액추에이터 및 모터의 생성이 포함됩니다. 물리적 모델링도 수행되어야 하며 이 모든 것이 나노스케일에서 수행되어야 합니다. 위에서 언급한 바와 같이 나노 조작 장치는 이러한 나노 크기의 부품을 조립하고 세포 및 분자 조작을 포함하는 인공 또는 생물학적 구성 요소를 조작하는 데 사용됩니다.

Nanorobotics 엔지니어는 다양한 문제를 해결할 수 있어야 합니다. 무기물과 유기물 사이의 감각, 통제력, 의사소통, 상호작용에 관한 문제를 다루어야 합니다.

나노봇의 크기는 대략 생물학적 세포와 비슷하며, 이러한 사실 때문에 미래의 나노봇은 의학 및 환경 보존/개선과 같은 분야에서 사용될 수 있습니다. 오늘날 존재하는 대부분의 "나노봇"은 특정 작업을 수행하기 위해 조작된 특정 분자일 뿐입니다. 

복잡한 나노봇은 본질적으로 함께 결합되고 화학 공정으로 조작되는 단순한 분자입니다. 예를 들어, 일부 나노봇은 DNA로 구성, 그들과 분자화물 운송.

나노봇은 어떻게 작동합니까?

여전히 나노봇의 이론적인 특성을 감안할 때 나노봇이 작동하는 방식에 대한 질문은 사실 진술이 아닌 예측으로 답변됩니다. 나노봇의 첫 번째 주요 용도는 인체를 통해 이동하고 질병 진단, 바이탈 모니터링 및 치료 분배와 같은 작업을 수행하는 의료 분야일 가능성이 높습니다. 이 나노봇은 인체 주위를 탐색하고 혈관과 같은 조직을 통해 이동할 수 있어야 합니다.

카테고리

나노봇 내비게이션 측면에서 나노봇 연구원과 엔지니어들이 연구하고 있는 다양한 기술이 있습니다. 탐색 방법 중 하나는 탐지 및 배치를 위해 초음파 신호를 활용하는 것입니다. 나노봇은 나노봇의 위치를 ​​추적할 수 있는 초음파 신호를 방출할 수 있으며 로봇은 움직임을 지시하는 특수 도구를 사용하여 특정 영역으로 안내될 수 있습니다. MRI(Magnetic Resonance Imaging) 장치를 사용하여 나노봇의 위치를 ​​추적할 수도 있습니다. MRI를 이용한 초기 실험 이 기술을 사용하여 나노봇을 감지하고 조종할 수 있음을 입증했습니다. 나노봇을 감지하고 조종하는 다른 방법에는 X-레이, 마이크로파 및 라디오파의 사용이 포함됩니다. 현재 나노 규모에서 이러한 파동에 대한 우리의 제어는 상당히 제한되어 있으므로 이러한 파동을 활용하는 새로운 방법이 발명되어야 합니다.

위에서 설명한 내비게이션 및 감지 시스템은 도구를 사용하여 나노봇을 이동시키는 외부 방법입니다. 온보드 센서를 추가하면 나노봇이 더 자율적일 수 있습니다. 예를 들어, 온보드 나노봇에 포함된 화학 센서를 통해 로봇은 주변 환경을 스캔하고 특정 화학 마커를 따라 목표 지역으로 이동할 수 있습니다.

출력

나노봇에 전원을 공급하는 것과 관련하여 다양한 연구원들이 연구 중인 전력 솔루션. 나노봇에 전원을 공급하기 위한 솔루션에는 외부 전원과 온보드/내부 전원이 포함됩니다.

내부 전원 솔루션에는 발전기와 커패시터가 포함됩니다. 나노봇에 탑재된 발전기는 혈액 내에서 발견되는 전해질을 사용하여 에너지를 생성하거나 나노봇이 운반하는 화학 물질과 결합될 때 에너지를 생성하는 화학 촉매로 주변 혈액을 사용하여 전력을 공급받을 수도 있습니다. 커패시터는 배터리와 유사하게 작동하여 나노봇을 추진하는 데 사용할 수 있는 전기 에너지를 저장합니다. 작은 원자력 발전소와 같은 다른 옵션도 고려되었습니다.

외부 전원에 관한 한 매우 작고 얇은 와이어가 나노봇을 외부 전원에 연결할 수 있습니다. 이러한 와이어는 소형 광섬유 케이블로 만들어질 수 있으며, 와이어 아래로 빛의 펄스를 보내고 나노봇 내에서 실제 전기가 생성되도록 할 수 있습니다.

다른 외부 전원 솔루션에는 자기장 또는 초음파 신호가 포함됩니다. 나노봇은 초음파를 수집하여 전력으로 변환할 수 있는 압전 멤브레인이라는 것을 사용할 수 있습니다. 자기장은 나노봇에 포함된 폐쇄 전도 루프 내에서 전류를 촉매하는 데 사용할 수 있습니다. 보너스로 자기장은 나노봇의 방향을 제어하는 ​​데 사용될 수도 있습니다.

운동

문제 해결 나노봇 운동 몇 가지 창의적인 솔루션이 필요합니다. 묶이지 않았거나 환경에서 자유롭게 떠다니지 않는 나노봇은 목표 위치로 이동할 수 있는 방법이 필요합니다. 추진 시스템은 강력하고 안정적이어야 하며 혈액의 흐름과 같은 주변 환경의 전류에 대항하여 나노봇을 추진할 수 있어야 합니다. 조사 중인 추진 솔루션은 종종 자연계에서 영감을 얻었으며 연구자들은 현미경 유기체가 환경을 통해 어떻게 이동하는지 관찰했습니다. 예를 들어, 미생물은 종종 자신을 추진하기 위해 편모라고 하는 길고 채찍 모양의 꼬리를 사용하거나 섬모라고 하는 작고 털이 많은 팔다리를 사용합니다.

연구원들은 또한 로봇을 작게 만드는 실험을 하고 있습니다. 팔 모양의 부속물 로봇이 수영하고, 잡고, 기어갈 수 있도록 합니다. 현재 이러한 부속물은 신체 외부의 자기장을 통해 제어됩니다. 자기력이 로봇의 팔을 진동하도록 유도하기 때문입니다. 이 이동 방법의 또 다른 이점은 에너지가 외부 소스에서 나온다는 것입니다. 이 기술을 진정한 나노봇에 적용하려면 더 작게 만들어야 합니다.

다른 더 독창적인 추진 전략도 조사 중입니다. 예를 들어, 일부 연구자들은 전도성 유체를 끌어당겨 방출하는 전자기 펌프를 설계하기 위해 커패시터를 사용할 것을 제안했습니다. 제트기처럼, 나노봇을 앞으로 추진합니다.

나노봇의 최종 적용 여부와 관계없이 나노봇은 위에서 설명한 내비게이션, 이동 및 전력 처리 문제를 해결해야 합니다.

나노봇은 무엇에 사용됩니까?

언급했듯이 나노봇의 첫 번째 용도 에있을 것입니다 의료 분야. 나노봇은 신체의 손상을 모니터링하는 데 사용할 수 있으며 잠재적으로 이러한 손상의 복구를 용이하게 할 수도 있습니다. 미래의 나노봇은 약을 필요로 하는 세포에 직접 약을 전달할 수 있습니다. 현재 약물은 경구 또는 정맥주사로 전달되며, 표적 부위에만 작용하는 것이 아니라 전신에 퍼져 부작용이 발생한다. 센서가 장착된 나노봇은 세포 영역의 변화를 모니터링하고 손상이나 오작동의 첫 징후가 있을 때 변화를 보고하는 데 쉽게 사용할 수 있습니다.

우리는 여전히 이러한 가상의 응용 프로그램에서 멀리 떨어져 있지만 항상 진전이 이루어지고 있습니다. 예를 들어, 2017년 과학자들은 암세포를 표적으로 하는 나노봇을 만들었습니다. 소형 드릴로 그들을 공격하여 죽였습니다. 올해 ITMO 대학의 연구원 그룹은 DNA 조각으로 구성된 나노봇을 설계했습니다. 병원성 RNA 가닥을 파괴할 수 있습니다. DNA 기반 나노봇은 현재 분자 화물을 운반할 수도 있습니다. 나노봇은 DNA "다리"로 이동하고 "팔"을 사용하여 특정 분자를 운반하는 세 가지 다른 DNA 섹션으로 구성됩니다.

의료 응용 외에도 환경 정화 및 개선을 목적으로 나노봇을 사용하는 것과 관련된 연구가 진행되고 있습니다. 나노봇은 잠재적으로 제거하는 데 사용될 수 있습니다. 독성 중금속 와 플라스틱 수역에서. 나노봇은 함께 결합될 때 독성 물질을 비활성화시키는 화합물을 운반하거나 유사한 프로세스를 통해 플라스틱 폐기물을 분해하는 데 사용될 수 있습니다. 초소형 컴퓨터 칩과 프로세서의 생산을 용이하게 하기 위해 나노봇을 사용하는 연구도 진행되고 있으며, 본질적으로 나노봇을 사용하여 마이크로스케일 컴퓨터 회로를 생산합니다.