Nanobotlar Nedir? Nanobot Yapısı, İşleyişi ve Kullanımlarını Anlama

Teknoloji ilerledikçe, her şey her zaman daha büyük ve daha iyi olmaz, nesneler aynı zamanda daha küçük hale gelir. Aslında, nanoteknoloji, 1 trilyon USD’den fazla değere sahip en hızlı büyüyen teknolojik alanlardan biridir ve önümüzdeki yarım on yıl içinde yaklaşık %17 oranında büyümesi öngörülüyor. Nanobotlar nanoteknoloji alanının önemli bir parçasıdır, ancak onlar tam olarak nedir ve nasıl çalışırlar? Nanobotları daha yakından inceleyelim ve bu dönüşümsel teknolojinin nasıl çalıştığını ve ne için kullanıldığını anlayalım.

Nanobotlar Nedir?

Nanoteknoloji alanı, yaklaşık bir ila 100 nanometre ölçekli teknoloji araştırma ve geliştirilmesiyle ilgilenir. Bu nedenle, nanorobotik, bu boyutta robotların oluşturulmasına odaklanmaktadır. Uygulamada, bir nanometre ölçekli bir şey tasarlamak zor olduğundan, “nanorobotik” ve “nanobot” terimi genellikle 0,1 – 10 mikrometre boyutundaki cihazlara uygulanır, bu hala oldukça küçüktür.

Nanorobot teriminin bazen nanoscale nesnelerle etkileşime giren, nanoscale öğeleri manipüle eden cihazlara uygulandığını unutmayın. Bu nedenle, cihaz kendisi çok daha büyük olsa bile, bir nanorobotik enstrüman olarak kabul edilebilir. Bu makale, nanoscale robotlarına kendilerine odaklanacak.

Nanorobotik ve nanobotların büyük bir kısmı hala teorik aşamadadır, araştırma küçük ölçekte inşanın sorunlarını çözme odaklıdır. Ancak bazı prototip nanomakine ve nanomotorlar tasarlanmış ve test edilmiştir.

Mevcut nanorobotik cihazların çoğu dört kategoriye girer: anahtarlar, motorlar, taşıyıcılar ve arabalar.

Nanorobotik anahtarlar, “kapalı” durumdan “açık” duruma geçmek için uyarılır. Çevresel faktörler, makinenin şeklini değiştirmek için kullanılır, bu bir konformasyonel değişiklik süreci olarak adlandırılır. Çevre, kimyasal reaksiyonlar, UV ışık ve sıcaklık gibi süreçler kullanılarak değiştirilir ve nanorobotik anahtarlar, belirli görevleri gerçekleştirebilecek farklı formlara girer.

Nanomotorlar, basit anahtarlardan daha karmaşıktır ve konformasyonel değişikliğin etkileri tarafından oluşturulan enerjiyi, etrafındaki môinvredeki molekülleri etkilemek ve hareket etmek için kullanır.

Taşıyıcılar, kimyasalları, ilaçları gibi, belirli, hedeflenen bölgelere taşıyabilen nanobotlardır. Hedef, taşıyıcıları nanorobot motorlarıyla birleştirmektir, böylece taşıyıcılar çevrede daha büyük bir hareket yeteneğine sahip olur.

Nanorobotik “arabalar” şu anda en gelişmiş nanocihazlardır ve kimyasal veya elektromanyetik katalizörlerden gelen promtlerle bağımsız olarak hareket edebilmektedir. Nanorobotik arabaları sürmek için gereken nanomotorlar, aracın yönlendirilmesi için kontrol edilmelidir ve araştırmacılar nanorobotik kontrol için çeşitli yöntemler deniyor.

Nanorobotik araştırmacılar, bu farklı bileşenleri ve teknolojileri, karmaşık görevleri tamamlayabilen nanomakinelere sentezlemeyi amaçlıyorlar, bu görevler birlikte çalışan nanobot sürüleri tarafından gerçekleştirilir.

Foto: “Nanomalzeme boyutlarının diğer ortak malzemelerle karşılaştırılması.” Sureshup vai Wikimedia Commons, CC BY 3.0 (https://en.wikipedia.org/wiki/File:Comparison_of_nanomaterials_sizes.jpg)

Nanobotlar Nasıl Oluşturulur?

Nanorobotik alanı, birçok disiplinin kesişme noktasındadır ve nanobotların oluşturulması, sensörler, aktüatörler ve motorların oluşturulmasını içerir. Fiziksel modelleme de yapılmalıdır ve tüm bunlar nanoscale’de yapılmalıdır. Yukarıda bahsedildiği gibi, nanomanipülasyon cihazları, bu nano-ölçekli parçaları monte etmek ve yapay veya biyolojik bileşenleri, hücreleri ve molekülleri manipüle etmek için kullanılır.

Nanorobotik mühendisleri, birçok sorunu çözmelidir. His, kontrol gücü, iletişim ve inorganik ve organik malzemeler arasındaki etkileşimleri ele almak zorundadırlar.

Bir nanobotun boyutu yaklaşık olarak biyolojik hücrelerle aynıdır ve bu nedenle gelecekteki nanobotlar, tıp ve çevre koruma / iyileştirme gibi disiplinlerde çalıştırılabilir. Bugün var olan “nanobotların” çoğu, belirli görevleri gerçekleştirmek için manipüle edilmiş moleküllerdir.

Karmaşık nanobotlar esasen basit moleküllerin birleştirilmesinden ve kimyasal süreçlerle manipüle edilmesinden ibarettir. Örneğin, bazı nanobotlar DNA’dan oluşur ve moleküler kargo taşıyabilir.

Nanobotlar Nasıl Çalışır?

Nanobotların hala büyük ölçüde teorik doğası göz önüne alındığında, nanobotların nasıl çalıştığına ilişkin sorular, gerçekler yerine tahminlerle cevaplanır. Nanobotların ilk büyük kullanımlarının tıbbi alanda olacağı muhtemeldir, insan vücudunda hareket ederek, hastalıkları teşhis etme, vital işareti izleme ve tedavileri dağıtma gibi görevleri gerçekleştireceklerdir. Bu nanobotların, insan vücudunda hareket etmek ve kan damarları gibi dokuları geçmek için yolunu bulabilmesi gerekir.

Navigasyon

Nanobot navigasyonu konusunda, nanobot araştırmacıları ve mühendisleri tarafından çeşitli teknikler araştırılıyor. Navigasyon için kullanılan bir yöntem, algılama ve dağıtım için ultrasonik sinyallerin kullanılmasıdır. Bir nanobot, konumunu belirlemek için ultrasonik sinyaller yayabilir ve sonra özel bir araç kullanarak hareketini yönlendirebilir. Manyetik Rezonans Görüntüleme (MRI) cihazları da nanobotların konumunu izlemek için kullanılabilir ve MRI’lerin erken deneyleri, teknolojinin nanobotları tespit etmek ve hatta manevra yapmak için kullanılabileceğini göstermiştir. Nanobotları tespit etmek ve manevra yapmak için X-ışınları, mikrodalga ve radyo dalgaları da kullanılabilir. Şu anda, bu dalgaların nano-ölçeğinde kontrolü sınırlıdır, bu nedenle bu dalgaları kullanmak için yeni yöntemler icat edilmelidir.

Yukarıda açıklanan navigasyon ve algılama sistemleri, araçların hareketini dış araçlar kullanarak kontrol etmeye dayanır. Nanobotlara gömülü sensörler eklenirse, robotlar daha otonom olabilir. Örneğin, nanobotlara yerleştirilen kimyasal sensörler, robotun çevre ortamı tarayabilmesini ve belirli kimyasal işaretleyicileri hedef bölgeye kadar takip etmesini sağlayabilir.

Güç

Nanobotları güçlendirme konusunda, araştırmacılar tarafından çeşitli güç çözümleri araştırılıyor. Nanobotları güçlendirme çözümleri, dış güç kaynakları ve gömülü / dahili güç kaynakları içerir.

Dahili güç çözümleri, jeneratörler ve kondansatörler içerir. Nanobot üzerindeki jeneratörler, enerji üretmek için kan中的 elektrolitleri kullanabilir veya nanobotlar, bir kimyasal katalizörle birleştirildiğinde enerji üreten kanın surroundingsını kullanabilir. Kondansatörler, piller gibi çalışır ve nanobotu itmek için kullanılan elektriksel enerji depolar. Küçük nükleer güç kaynakları bile düşünülmüştür.

Dış güç kaynaklarına gelince, çok küçük, ince teller nanobotları dış bir güç kaynağına bağlayabilir. Bu teller, miniature fiber optik kablolar olabilir ve teller boyunca ışık darbeleri göndererek, nanobot içinde gerçek elektrik üretilir.

Diğer dış güç çözümleri manyetik alanlar veya ultrasonik sinyalleri içerir. Nanobotlar, ultrasonik dalgaları elektriksel güce dönüştürebilen bir piezoelektrik membran kullanabilir. Manyetik alanlar, nanobot içindeki kapalı bir iletken devrede elektrik akımlarını katalize edebilir. Ayrıca, manyetik alan nanobotun yönünü kontrol etmek için de kullanılabilir.

Hareket

Nanobot hareketi sorununu çözmek, bazı yaratıcı çözümler gerektirir. Çevresinde serbestçe yüzen veya bağlı olmayan nanobotlar, hedeflerine ulaşmak için bir hareket yöntemine ihtiyaç duyar. İtki sistemi, güçlü ve kararlı olmalıdır ve kan akışı gibi çevresel akışlara karşı nanobotu itmek için yeterli olmalıdır. İtki çözümleri genellikle mikroskobik organizmaların nasıl hareket ettiklerine bakılarak araştırılır. Örneğin, mikroorganizmalar genellikle kendilerini itmek için uzun, kamçı gibi kuyruklar veya tiny, saç gibi uzantılar kullanır.

Araştırmacılar ayrıca, nanobotlara küçük kol gibi uzantılar vererek, robotun yüzebilmesi, tutabilmesi ve tırmanabilmesi için çalışıyorlar. Şu anda, bu uzantılar manyetik alanlar kullanılarak kontrol ediliyor ve manyetik kuvvet, robotun kollarının titreşmesine neden oluyor. Bu hareket yönteminin ek bir avantajı, enerjinin dışarıdan gelmesidir. Bu teknolojinin真正 nanobotlar için uygulanabilir olması için daha da küçültülmesi gerekiyor.

Diğer, daha yaratıcı, itki stratejileri de araştırılıyor. Örneğin, bazı araştırmacılar, nanobotu ileri itmek için bir jet gibi çalışan bir elektromanyetik pompayı tasarlamak için kondansatörler kullanmayı önerdiler.

Nanobotların nihai uygulamasından bağımsız olarak, yukarıda belirtilen sorunları çözmelidir: navigasyon, hareket ve güç.

Nanobotlar Ne İçin Kullanılır?

Bahsedildiği gibi, nanobotların ilk kullanımları muhtemelen tıbbi alanda olacak. Nanobotlar, vücuttaki hasarı izlemek ve bu hasarı onarmak için kullanılabileceklerdir. Gelecekteki nanobotlar, ilaçları doğrudan ihtiyaç duyan hücrelere teslim edebileceklerdir. Şu anda, ilaçlar ağızdan veya intravenöz olarak verilir ve vücutta dağılır, ancak yalnızca hedef bölgelere ulaşır ve yan etkilere neden olur. Sensörlerle donatılmış nanobotlar, hücre bölgelerindeki değişiklikleri izlemek için kolayca kullanılabilir ve hasar veya arızanın ilk işaretlerinde değişiklikleri bildirebilir.

Henüz bu hipotetik uygulamalardan uzakta olsak da, sürekli ilerleme kaydediliyor. Örneğin, 2017 yılında bilim adamları kanser hücrelerine saldıran ve onları öldüren nanobotlar yarattılar. Bu yıl, ITMO Üniversitesi’nden bir grup araştırmacı, patojenik RNA zincirlerini yok edebilen DNA parçalarından oluşan bir nanobot tasarladı. DNA tabanlı nanobotlar ayrıca moleküler kargo taşıyabilir. Nanobot, üç farklı DNA bölümünden oluşur, bir DNA “bacağı” ile manevra yapar ve bir “kol” kullanarak belirli molekülleri taşır.

Tıbbi uygulamaların ötesinde, nanobotların çevre temizliği ve iyileştirme amacıyla kullanılması konusunda araştırmalar yapılıyor. Nanobotlar, toksik ağır metalleri ve plastikleri sudan temizlemek için kullanılabileceklerdir. Nanobotlar, toksik maddeleri inert hale getirebilecek bileşikler taşıyabilir veya benzer süreçlerle plastik atıkları parçalayabilir. Nanobotların, çok küçük bilgisayar çipleri ve işlemcilerinin üretimine yardımcı olmak için kullanılması da araştırılıyor, esasen nanobotları mikro ölçekli bilgisayar devreleri üretmek için kullanıyor.