Nanobots çi ne? Fêmkirina Struktura Nanobot, Operasyon, û Bikaranîna

Her ku teknolojî pêş dikeve, tişt her gav mezin û çêtir nabin, tişt jî piçûktir dibin. Di rastiyê de, nanoteknolojî yek ji qadên teknolojîk ên zûtirîn mezin e, bi nirxê 1 trîlyon USD, û tê pêşbînîkirin ku di nîv-deh salên pêş de bi qasî 17% mezin bibe. nanobots beşek sereke ya qada nanoteknolojiyê ne, lê ew bi rastî çi ne û ew çawa dixebitin? Ka em ji nêz ve li nanobotan mêze bikin da ku fêm bikin ka ev teknolojiya veguherîner çawa dixebite û ji bo çi tê bikar anîn.

Nanobots çi ne?

Qada nanoteknolojiyê bi lêkolîn û pêşkeftina teknolojiyê bi qasî yek heya 100 nanometre di pîvanê de têkildar e. Ji ber vê yekê, nanorobotîk balê dikişîne ser afirandina robotên ku li dora vê mezinahiyê ne. Di pratîkê de, zehmet e ku meriv tiştek bi pîvanek bi qasî nanometerek piçûk endezyar bike û peyva "nanorobotics" û "nanobot" pir caran tê gotin. serîlêdanê ji bo cîhazên ku bi qasî 0.1 - 10 mîkrometre mezinahî ne, ku hîn pir piçûk e.

Girîng e ku were zanîn ku têgîna "nanorobot" carinan ji bo cîhazên ku bi tiştên di pîvana nanoyê re têkildar in, tiştên nanopîvana manîpule dikin, tê bikar anîn. Ji ber vê yekê, her çend amûr bixwe pir mezintir be jî, dibe ku ew amûrek nanorobotîk were hesibandin. Ev gotar dê li ser robotên nanopîvan bixwe bisekine.

Piraniya qada nanorobotîk û nanobotan hîn di qonaxa teorîkî de ye, digel lêkolînên ku li ser çareserkirina pirsgirêkên avahîsaziyê di astek wusa piçûk de ye. Lêbelê, hin nanomachine û nanomotorên prototîp hatine sêwirandin û ceribandin.

Piraniya amûrên nanorobotîk ên heyî dikevin nav yek ji çar kategoriyan: switches, motors, shuttles, and cars.

Veguheztinên nanorobotîk bi tê xwestin ku ji rewşek "off" berbi rewşek "on" ve biçin dixebitin. Faktorên hawîrdorê têne bikar anîn da ku şiklê makîneyê biguhezîne, pêvajoyek ku jê re guhartina konformasyonê tê gotin. Jîngeh bi karanîna pêvajoyên wekî reaksiyonên kîmyewî, ronahiya UV, û germahiyê tê guheztin, û di encamê de guhêrbarên nanorobotîk di formên cihêreng de diguhezin, ku dikarin karên taybetî pêk bînin.

Nanomotor ji guhêrbarên sade tevlihevtir in, û ew enerjiya ku ji ber bandorên guherîna konformasyonê hatî afirandin bikar tînin da ku li dora xwe bigerin û bandorê li molekulên li hawîrdorê bikin.

Shuttle nanorobot in ku dikarin madeyên kîmyewî yên mîna narkotîkan veguhezînin deverên taybetî, armanckirî. Armanc ew e ku gerguhêz bi motorên nanorobot re were hevber kirin da ku gerok karibin di nav jîngehekê de rêjeyek mezin tevgerê bikin.

"Otomobîlên" nanorobotîk nano cîhazên herî pêşkeftî yên vê gavê ne, ku dikarin bi tavilê ji katalîzatorên kîmyewî an elektromagnetîk serbixwe tevbigerin. Nanomotorên ku erebeyên nanorobotîk diajon, ji bo ku wesayit bi rê ve bibe divê bêne kontrol kirin û lêkolîner bi rêbazên cûrbecûr yên kontrolkirina nanorobotîk diceribînin.

Lekolînerên nanorobotîk armanc dikin ku van hêman û teknolojiyên cihêreng di nanomachines de biafirînin ku dikarin karên tevlihev biqedînin, ku bi komek nanobotên ku bi hev re dixebitin pêk tên.

Wêne: Wêne: "Berhevdana mezinahiya nanomaterialan bi yên materyalên din ên hevpar re." Ji Wikimedia Commons, CC BY 3.0 (https://en.wikipedia.org/wiki/File:Comparison_of_nanomaterials_sizes.jpg)

Nanobot çawa têne afirandin?

Qada nanorobotîkê di xaçerêya gelek dîsîplînan de ye û çêkirina nanobotan bi afirandina senzor, aktûator û motoran ve girêdayî ye. Divê modela fizîkî jî bê kirin û ev hemû di asta nano de bêne kirin. Wekî ku li jor hatî behs kirin, amûrên nanomanipulation têne bikar anîn da ku van beşên nano-pîvana berhev bikin û hêmanên çêkirî an biyolojîkî, ku tê de manîpulasyona şaneyan û molekulan jî dihewîne, manîpule bikin.

Endezyarên nanorobotîk divê bikaribin gelek pirsgirêkan çareser bikin. Pêdivî ye ku ew pirsgirêkên di derbarê hestyariyê, hêza kontrolê, ragihandinê û danûstendinên di navbera materyalên neorganîk û organîk de çareser bikin.

Mezinahiya nanobotek bi qasê şaneyên biyolojîkî re tê berhev kirin, û ji ber vê rastiyê nanobotên pêşerojê dikarin di dîsîplînên mîna derman û parastin/çalakkirina jîngehê de werin xebitandin. Piraniya "nanobotên" ku îro hene tenê molekulên taybetî ne ku ji bo pêkanîna hin karan hatine manîpule kirin. 

Nanobotên tevlihev di esasê xwe de tenê molekulên sade ne ku bi hev re hatine girêdan û bi pêvajoyên kîmyewî têne manîpule kirin. Mînakî, hin nanobot hene ji DNA pêk tê, û ew barkêşiya molekulê veguhestin.

Nanobots Çawa Kar dikin?

Ji ber xwezaya hîna pir teorîkî ya nanobotan, pirsên li ser ka nanobot çawa dixebitin bi pêşbîniyan têne bersivandin û ne bi daxuyaniyên rastiyê. Ihtîmal e ku yekem karanîna sereke ji bo nanobotan dê di warê bijîjkî de be, ku di laşê mirovî de bigerin û peywirên mîna teşhîskirina nexweşiyan, şopandina girîng, û belavkirina dermankirinê pêk bînin. Pêdivî ye ku ev nanobotên hanê karibin riya xwe li dora laşê mirov bigerin û di nav tevnên mîna damarên xwînê de bigerin.

Navigation

Di warê navîgasyona nanobotan de, cûrbecûr teknîk hene ku lêkolîner û endezyarên nanobotan lêkolîn dikin. Yek rêbazek navîgasyonê karanîna îşaretên ultrasonic ji bo tespîtkirin û bicîhkirinê ye. Nanobotek dikare îşaretên ultrasonîk bişîne ku dikare were şopandin da ku cîhê nanobotan bibîne, û robot wê hingê dikarin bi karanîna amûrek taybetî ya ku tevgera wan rêve dike ber bi deverên taybetî ve werin rêve kirin. Amûrên Wêneya Rezonansê Magnetic (MRI) jî dikarin ji bo şopandina pozîsyona nanobotan werin bikar anîn, û ceribandinên destpêkê yên bi MRIs destnîşan kir ku teknolojî dikare ji bo tespîtkirin û hetta manevrakirina nanobotan were bikar anîn. Rêbazên din ên tespîtkirin û manevrakirina nanobotan bi karanîna tîrêjên X, mîkropêl û pêlên radyoyê ne. Heya nuha, kontrola me ya van pêlan di pîvana nano de pir kêm e, ji ber vê yekê divê rêbazên nû yên karanîna van pêlan werin îcadkirin.

Pergalên navîgasyon û tespîtê yên ku li jor hatine destnîşan kirin rêbazên derveyî ne, ku xwe dispêrin karanîna amûran ji bo veguheztina nanobotan. Bi lêzêdekirina senzorên serhêl, nanobot dikarin xwesertir bin. Mînakî, senzorên kîmyewî yên ku li ser nanobotan hene dikarin rê bidin robot ku hawîrdora hawîrdorê bişopîne û hin nîşangirên kîmyewî li herêmek armanc bişopîne.

Erk

Dema ku dor tê ser hêzkirina nanobotan, cûrbecûr jî hene çareseriyên hêzê ji hêla lêkolîneran ve têne lêkolîn kirin. Çareseriyên ji bo hêzkirina nanobotan çavkaniyên hêza derveyî û çavkaniyên hêza li ser / hundurîn in.

Çareseriyên hêza hundurîn jenerator û kondensator hene. Generatorên li ser nanobotê dikarin elektrolîtên ku di nav xwînê de têne dîtin ji bo hilberandina enerjiyê bikar bînin, an nanobot jî dikarin bi karanîna xwîna derdorê wekî katalîzatorek kîmyewî ku enerjiyê hildiberînin dema ku bi kîmyewîyek ku nanobot bi xwe re hildigire were hêz kirin. Capacitors bi heman rengî wekî bataryayê dixebitin, enerjiya elektrîkê ya ku dikare were bikar anîn da ku nanobot bimeşîne depo dike. Vebijarkên din ên mîna çavkaniyên piçûk ên hêza nukleerî jî hatine hesibandin.

Bi qasî ku çavkaniyên hêza derveyî diçin, têlên pir piçûk û zirav dikarin nanobotan bi çavkaniyek hêzek derveyî ve girêbidin. Têlên weha dikarin ji kabloyên fîber optîk ên piçûk werin çêkirin, pêlên ronahiyê li têlan bişînin û elektrîka rastîn di nav nanobotê de were hilberandin.

Di çareseriyên hêza derveyî de zeviyên magnetîkî an nîşanên ultrasonîk hene. Nanobot dikarin tiştek bi navê membrana piezoelektrîkî bikar bînin, ku karibe pêlên ultrasonîk berhev bike û wan veguherîne hêza elektrîkê. Zeviyên magnetîkî dikarin ji bo katalîzasyona herikên elektrîkê di hundurê girêkek girtî ya ku li ser nanobotê heye were bikar anîn. Wekî bonus, qada magnetîkî jî dikare were bikar anîn da ku rêwerziya nanobotê kontrol bike.

Lokomînasyon

Çareserkirina pirsgirêka nanobot locomotion hin çareseriyên dahênerî hewce dike. Nanobotên ku ne girêdayî ne, an jî ne tenê di hawîrdora xwe de ne azad in, hewce ne ku hin rêbazan hebin ku biçin cihên xwe yên armanc. Pêdivî ye ku pergala pêşbaziyê bi hêz û bi îstîqrar be, ku bikaribe nanobotê li hember herikên li hawîrdora wê, mîna herikîna xwînê, bimeşîne. Çareseriyên propulsionê yên di bin lêkolînê de bi gelemperî ji cîhana xwezayî têne îlham kirin, digel lêkolîneran ku organîzmayên mîkroskopê çawa di hawîrdora xwe de digerin. Mînakî, mîkroorganîzmayên bi gelemperî dûvikên dirêj û mîna qamçiyan bi navê flagella bikar tînin da ku xwe bi pêş bixin, an jî ew çend lingên piçûk ên mîna porê ku jê re dibêjin cilia bikar tînin.

Lêkolîner bi dayîna robotên piçûk jî diceribînin pêvekên mîna destan ku dikare rê bide robot ku avjeniyê bike, bigire û bizivire. Heya nuha, ev pêvek bi zeviyên magnetîkî yên li derveyî laş têne kontrol kirin, ji ber ku hêza magnetîkî dihêle ku destên robot bilerizin. Feydeyek zêde ya vê rêbazê veguheztinê ev e ku enerjiya wê ji çavkaniyek derveyî tê. Pêdivî ye ku ev teknolojî hêj piçûktir were çêkirin da ku ew ji bo nanobotên rastîn bikêr be.

Di heman demê de stratejiyên din, dahênertir, pêşkeftinê jî di bin lêkolînê de ne. Mînakî, hin lêkolîneran pêşniyar kirine ku kapasitoran bikar bînin da ku pompek elektromagnetîk endezyar bikin ku dê şilavên guhêrbar bikişîne hundur û wê derxe. wek jet, nanobotê ber bi pêş ve diçe.

Tevî serîlêdana dawî ya nanobotan, divê ew pirsgirêkên ku li jor hatine destnîşan kirin çareser bikin, bi navîgasyon, tevger û hêzê re mijûl bibin.

Nanobot ji bo çi têne bikar anîn?

Wekî ku hate gotin, yekem ji bo nanobotan bikar tîne îhtîmal heye ku tê de be warê tibî. Nanobots dikarin ji bo şopandina zirara laş werin bikar anîn, û bi potansiyel tewra tamîrkirina vê zirarê jî hêsantir bikin. Nanobotên pêşerojê dikarin derman rasterast bigihînin hucreyên ku hewceyê wan in. Heya nuha, derman bi devkî an hundurîn têne şandin û ew li seranserê laş belav dibin li şûna ku tenê li herêmên armanc bixin, û dibin sedema bandorên alî. Nanobotên ku bi senzoran hatine çêkirin dikarin bi hêsanî werin bikar anîn da ku çavdêriya guheztinên li deverên hucreyan bikin, di yekem nîşana zirarê an xeletiyê de guhertinan rapor bikin.

Em hîn gelek dûrî van sepanên hîpotetîk in, lê her gav pêşkeftin çêdibe. Wek nimûne, di sala 2017 de zanyar nanobotên ku hucreyên penceşêrê hedef digirtin afirand û bi dilopeke biçûk êrîşî wan kir û ew kuştin. Îsal, komek lêkolînerên ji Zanîngeha ITMO nanobotek ku ji perçeyên DNA-yê pêk tê, sêwirand. dikare ristên RNA yên pathogenîk hilweşîne. Nanobotên bingeh-ADN-ê jî niha dikarin barên molekular biguhezînin, Nanobot ji sê beşên DNA yên cihêreng pêk tê, bi "ling"ek DNA-yê manevrayan dike û bi karanîna "çek"ek molekulên taybetî hildigire.

Ji xeynî sepanên bijîjkî, lêkolîn di derbarê karanîna nanobotan de ji bo mebestên paqijkirin û sererastkirina jîngehê têne kirin. Nanobots bi potansiyel dikarin werin bikar anîn ku jêbirin metalên giran ên jehrî û plastîk ji bedenên avê. Nanobot dikarin pêkhateyên ku maddeyên jehrî dema ku bi hev re têne berhev kirin bêhêz dikin hilgirin, an jî ew dikarin ji bo hilweşandina bermahiyên plastîk bi pêvajoyên mîna hev werin bikar anîn. Di heman demê de lêkolîn li ser karanîna nanobotan jî tê kirin da ku hilberîna çîp û pêvajoyên pir piçûk ên kompîturê hêsan bike, bi bingehîn nanobotan ji bo hilberîna çerxên komputerê yên mîkropîvan bikar tînin.