Nanobotlar nedir? Nanobot Yapısını, Çalışmasını ve Kullanımlarını Anlamak

Teknoloji ilerledikçe, şeyler her zaman daha büyük ve daha iyi hale gelmiyor, nesneler de küçülüyor. Aslında nanoteknoloji, 1 trilyon doları aşan değeriyle en hızlı büyüyen teknolojik alanlardan biridir ve önümüzdeki 17 yılda yaklaşık %XNUMX büyüyeceği tahmin edilmektedir. nanobotlar nanoteknoloji alanının önemli bir parçasıdır, ancak tam olarak nedir ve nasıl çalışırlar? Bu dönüştürücü teknolojinin nasıl çalıştığını ve ne için kullanıldığını anlamak için nanobotlara daha yakından bakalım.

Nanobotlar Nedir?

Nanoteknoloji alanı, yaklaşık bir ila 100 nanometre ölçeğinde teknolojinin araştırılması ve geliştirilmesi ile ilgilidir. Bu nedenle, nanorobotik, bu boyutta olan robotların yaratılmasına odaklanmıştır. Uygulamada, bir nanometre kadar küçük bir şeyi tasarlamak zordur ve "nanorobotik" ve "nanobot" terimleri sıklıkla kullanılır. uygulamalı boyutu yaklaşık 0.1 – 10 mikrometre olan ve hala oldukça küçük olan cihazlara.

"Nanorobot" teriminin bazen nano ölçekteki nesneleri manipüle ederek nano ölçekteki nesnelerle etkileşime giren cihazlara uygulandığını not etmek önemlidir. Bu nedenle, cihazın kendisi çok daha büyük olsa bile, bir nanorobotik alet olarak kabul edilebilir. Bu makale nano ölçekli robotların kendilerine odaklanacaktır.

Nanorobotik ve nanobot alanlarının çoğu, inşaat problemlerini bu kadar küçük ölçekte çözmeye odaklanan araştırma ile hala teorik aşamadadır. Bununla birlikte, bazı prototip nanomakineler ve nanomotorlar tasarlanmış ve test edilmiştir.

Şu anda var olan çoğu nanorobotik cihaz, dört kategoriden biri: anahtarlar, motorlar, mekikler ve arabalar.

Nanorobotik anahtarlar, "kapalı" durumdan "açık" duruma geçmesi istenerek çalışır. Çevresel faktörler, konformasyonel değişiklik adı verilen bir süreç olan makinenin şekil değiştirmesini sağlamak için kullanılır. Çevre, kimyasal reaksiyonlar, UV ışığı ve sıcaklık gibi işlemler kullanılarak değiştirilir ve sonuç olarak nanorobotik anahtarlar, belirli görevleri yerine getirebilecek farklı biçimlere geçer.

Nanomotorlar, basit anahtarlardan daha karmaşıktır ve çevredeki ortamdaki molekülleri hareket ettirmek ve etkilemek için konformasyonel değişimin etkilerinden oluşan enerjiyi kullanırlar.

Mekikler, ilaçlar gibi kimyasalları belirli, hedeflenen bölgelere taşıyabilen nanorobotlardır. Amaç, mekikleri nanorobot motorlarla birleştirerek mekiklerin bir ortamda daha fazla hareket edebilmesini sağlamaktır.

Nanorobotik "arabalar", şu anda kimyasal veya elektromanyetik katalizörlerden gelen istemlerle bağımsız hareket edebilen en gelişmiş nano cihazlardır. Nanorobotik arabaları süren nanomotorların, aracın yönlendirilmesi için kontrol edilmesi gerekiyor ve araştırmacılar, çeşitli nanorobotik kontrol yöntemlerini deniyorlar.

Nanorobotik araştırmacıları, bu farklı bileşenleri ve teknolojileri, birlikte çalışan nanobot sürüleri tarafından gerçekleştirilen karmaşık görevleri tamamlayabilen nanomakinelerde sentezlemeyi hedefliyor.

Fotoğraf: Fotoğraf: "Nanomalzemelerin boyutlarının diğer yaygın malzemelerle karşılaştırılması." Sureshup ve Wikimedia Commons, CC BY 3.0 (https://en.wikipedia.org/wiki/File:Comparison_of_nanomaterials_sizes.jpg)

Nanobotlar Nasıl Oluşturulur?

Nanorobotik alanı birçok disiplinin kavşağındadır ve nanobotların oluşturulması sensörlerin, aktüatörlerin ve motorların oluşturulmasını içerir. Fiziksel modelleme de yapılmalı ve tüm bunlar nano ölçekte yapılmalıdır. Yukarıda bahsedildiği gibi, nanomanipülasyon cihazları, bu nano ölçekli parçaları birleştirmek ve hücrelerin ve moleküllerin manipülasyonunu içeren yapay veya biyolojik bileşenleri manipüle etmek için kullanılır.

Nanorobotik mühendisleri çok sayıda sorunu çözebilmelidir. Hem inorganik hem de organik malzemeler arasındaki duyum, kontrol gücü, iletişim ve etkileşimlerle ilgili sorunları ele almaları gerekir.

Bir nanobotun boyutu kabaca biyolojik hücrelerle karşılaştırılabilir ve bu nedenle geleceğin nanobotları tıp ve çevre koruma/iyileştirme gibi disiplinlerde kullanılabilir. Bugün var olan çoğu "nanobot", yalnızca belirli görevleri yerine getirmek için manipüle edilmiş belirli moleküllerdir. 

Karmaşık nanobotlar, esasen bir araya getirilen ve kimyasal işlemlerle manipüle edilen basit moleküllerdir. Örneğin, bazı nanobotlar DNA'dan oluşan, Ve moleküler kargo taşımak.

Nanobotlar Nasıl Çalışır?

Nanobotların hala ağırlıklı olarak teorik doğası göz önüne alındığında, nanobotların nasıl çalıştığına dair sorular, gerçek ifadelerden ziyade tahminlerle yanıtlanıyor. Nanobotların ilk büyük kullanımlarının tıp alanında olması, insan vücudunda hareket etmesi ve hastalıkları teşhis etme, hayati değerleri izleme ve tedavileri dağıtma gibi görevleri yerine getirmesi muhtemeldir. Bu nanobotların insan vücudunda dolaşabilmeleri ve kan damarları gibi dokularda hareket edebilmeleri gerekecek.

Navigasyon

Nanobot navigasyonu açısından, nanobot araştırmacılarının ve mühendislerinin araştırdığı çeşitli teknikler var. Bir navigasyon yöntemi, algılama ve konuşlandırma için ultrasonik sinyallerin kullanılmasıdır. Bir nanobot, nanobotların konumunu bulmak için izlenebilen ultrasonik sinyaller yayabilir ve robotlar daha sonra hareketlerini yönlendiren özel bir araç kullanılarak belirli alanlara yönlendirilebilir. Nanobotların konumunu izlemek için Manyetik Rezonans Görüntüleme (MRI) cihazları da kullanılabilir ve MRI'larla erken deneyler teknolojinin nanobotları tespit etmek ve hatta manevra yapmak için kullanılabileceğini gösterdiler. Nanobotları tespit etmenin ve manevra yapmanın diğer yöntemleri arasında X-ışınları, mikrodalgalar ve radyo dalgalarının kullanımı yer alır. Şu anda, nano ölçekte bu dalgalar üzerindeki kontrolümüz oldukça sınırlı, dolayısıyla bu dalgaları kullanmanın yeni yöntemlerinin icat edilmesi gerekecek.

Yukarıda açıklanan navigasyon ve algılama sistemleri, nanobotları hareket ettirmek için araçların kullanımına dayanan harici yöntemlerdir. Yerleşik sensörlerin eklenmesiyle nanobotlar daha özerk olabilir. Örneğin, yerleşik nanobotlarda bulunan kimyasal sensörler, robotun çevredeki ortamı taramasına ve belirli kimyasal işaretleri bir hedef bölgeye kadar takip etmesine izin verebilir.

Power

Nanobotlara güç vermek söz konusu olduğunda, çeşitli araştırmacılar tarafından araştırılan güç çözümleri. Nanobotlara güç sağlamaya yönelik çözümler arasında harici güç kaynakları ve yerleşik/dahili güç kaynakları yer alır.

Dahili güç çözümleri, jeneratörleri ve kapasitörleri içerir. Nanobot üzerindeki jeneratörler, enerji üretmek için kanda bulunan elektrolitleri kullanabilir veya nanobotlar, nanobotun beraberinde taşıdığı bir kimyasalla birleştirildiğinde enerji üreten kimyasal bir katalizör olarak çevredeki kanı kullanarak güç sağlayabilir. Kapasitörler, pillere benzer şekilde çalışır ve nanobotu ilerletmek için kullanılabilecek elektrik enerjisini depolar. Küçük nükleer güç kaynakları gibi diğer seçenekler bile değerlendirildi.

Harici güç kaynakları söz konusu olduğunda, inanılmaz derecede küçük, ince teller nanobotları bir dış güç kaynağına bağlayabilir. Bu tür teller, minyatür fiber optik kablolardan yapılabilir, tellere ışık darbeleri gönderir ve gerçek elektriğin nanobot içinde üretilmesini sağlar.

Diğer harici güç çözümleri, manyetik alanları veya ultrasonik sinyalleri içerir. Nanobotlar, ultrasonik dalgaları toplayıp onları elektrik enerjisine dönüştürebilen piezoelektrik zar adı verilen bir şey kullanabilir. Manyetik alanlar, nanobot üzerinde bulunan kapalı bir iletken döngü içindeki elektrik akımlarını katalize etmek için kullanılabilir. Bonus olarak, manyetik alan nanobotun yönünü kontrol etmek için de kullanılabilir.

Hareket

sorununun ele alınması nanobot hareketi bazı yaratıcı çözümler gerektirir. Bağlı olmayan veya çevrelerinde serbestçe dolaşmayan nanobotların, hedef konumlarına hareket etmek için bir yöntemi olması gerekir. Tahrik sisteminin güçlü ve kararlı olması, nanobotu kan akışı gibi çevredeki akımlara karşı itebilmesi gerekecek. Araştırılmakta olan tahrik çözümleri, araştırmacıların mikroskop organizmalarının çevrelerinde nasıl hareket ettiğini incelemesiyle, genellikle doğal dünyadan ilham alıyor. Örneğin, mikroorganizmalar genellikle kendilerini itmek için kamçı adı verilen uzun, kırbaç benzeri kuyruklar kullanırlar veya kirpikler adı verilen bir dizi küçük, saç benzeri uzuvlar kullanırlar.

Araştırmacılar ayrıca robotlara küçük şeyler vermeyi deniyorlar. kol benzeri uzantılar bu, robotun yüzmesine, kavramasına ve sürünmesine izin verebilir. Şu anda, bu uzantılar, manyetik kuvvet robotun kollarını titreşmeye sevk ettiğinden, vücudun dışındaki manyetik alanlar aracılığıyla kontrol ediliyor. Bu hareket yöntemine ek bir fayda, bunun için gereken enerjinin bir dış kaynaktan gelmesidir. Bu teknolojinin gerçek nanobotlar için geçerli olması için daha da küçültülmesi gerekecek.

Araştırma altında olan başka, daha yaratıcı tahrik stratejileri de var. Örneğin, bazı araştırmacılar, iletken sıvıları içeri çekip dışarı fırlatacak bir elektromanyetik pompa tasarlamak için kapasitörler kullanmayı önerdiler. jet gibi, nanobotu ileriye doğru itiyor.

Nanobotların nihai uygulamasından bağımsız olarak, navigasyon, hareket ve güçle ilgili yukarıda açıklanan sorunları çözmeleri gerekir.

Nanobotlar Ne İçin Kullanılır?

Belirtildiği gibi, nanobotların ilk kullanımları muhtemelen içinde olacak tıp alanı. Nanobotlar vücuttaki hasarı izlemek ve potansiyel olarak bu hasarın onarımını kolaylaştırmak için kullanılabilir. Gelecekteki nanobotlar, ilacı doğrudan onlara ihtiyaç duyan hücrelere ulaştırabilir. Şu anda ilaçlar ağızdan veya damardan veriliyor ve sadece hedef bölgelere vurmak yerine tüm vücuda yayılarak yan etkilere neden oluyor. Sensörlerle donatılmış nanobotlar, hücrelerin bölgelerindeki değişiklikleri izlemek ve ilk hasar veya arıza belirtisinde değişiklikleri bildirmek için kolayca kullanılabilir.

Bu varsayımsal uygulamalardan hala çok uzaktayız, ancak her zaman ilerleme kaydediliyor. Örnek olarak, 2017 yılında bilim adamları kanser hücrelerini hedef alan nanobotlar yarattı ve onlara minyatür bir tatbikatla saldırarak onları öldürdü. Bu yıl, ITMO Üniversitesi'nden bir grup araştırmacı, DNA parçalarından oluşan bir nanobot tasarladı. patojenik RNA zincirlerini yok etme yeteneğine sahiptir. DNA tabanlı nanobotlar aynı zamanda şu anda moleküler kargo taşıma yeteneğine de sahiptir. Nanobot, bir DNA "bacağı" ile manevra yapan ve bir "kol" kullanımıyla belirli molekülleri taşıyan üç farklı DNA bölümünden yapılmıştır.

Tıbbi uygulamaların ötesinde, çevre temizliği ve iyileştirme amacıyla nanobotların kullanımına ilişkin araştırmalar yapılmaktadır. Nanobotlar potansiyel olarak kaldırmak için kullanılabilir toksik ağır metaller ve plastik maddeler su kütlelerinden. Nanobotlar, bir araya geldiklerinde toksik maddeleri inert hale getiren bileşikler taşıyabilir veya benzer işlemlerle plastik atıkları ayrıştırmak için kullanılabilir. Son derece küçük bilgisayar çiplerinin ve işlemcilerin üretimini kolaylaştırmak için nanobotların kullanımına ilişkin araştırmalar da yapılıyor, esasen mikro ölçekli bilgisayar devreleri üretmek için nanobotlar kullanılıyor.