Hoe "moleculaire lego's" de deur openen naar echte nanotechnologie

Advertentie

Robots zijn cool. Robots die op moleculair niveau opereren? Die zijn nog cooler - en er is geen limiet aan wat ze zouden kunnen bereiken.

Terwijl de wetenschap al honderden jaren gefascineerd is door de onmogelijk kleine bouwstenen van de wereld, is het pas sinds de jaren tachtig dat door wetenschappelijk inzicht en technologische ontwikkeling nanowetenschap echt een actief onderzoeksveld is geworden.

We zijn gewend om over indrukwekkende robots te denken als ongelooflijk groot of ongelooflijk complex, maar nieuw en opwindende ontwikkelingen hebben ervoor gezorgd dat nanorobotica klaar is om veel wetenschapsgebieden volledig opnieuw te definiëren en technologie.

Hoe klein hebben we het eigenlijk precies?

Nanorobotics houdt zich bezig met materialen op moleculair niveau en kleiner, wat betekent dat de nanorobots werken met individuele atomen, eiwitten, moleculen en cellen.

Een van de gemakkelijkste manieren om te begrijpen waarom nanowetenschap zo belangrijk is, is door al die nanoscopische atomen te beschouwen als LEGO-blokken.

Net als LEGO kunnen atomen en moleculen op ontelbare manieren worden gecombineerd om iets in de natuurlijke wereld te creëren, en dit vermogen opent de deur om letterlijk elk aspect van ons leven te beïnvloeden.

Als de LEGO-analogie niet werkt, zijn de "MicroBots" van Big Hero 6 een andere goede manier om te conceptualiseren nanorobots - onthoud dat nanorobots enkele miljoenen keren kleiner zijn dan de fictieve microbots!

Wat doen nanorobots?

Nanotechnologie heeft ons al in staat gesteld om sterkere en duurzamere materialen te maken door moleculaire structuren te manipuleren, en is een drijvende kracht geweest achter veel moderne technologie (inclusief de plastic folie waaruit je laptop of telefoon bestaat) scherm!).

Onderzoek naar nanorobots heeft een andere focus en de toepassingen ervan zijn veel spannender.

Recente onderzoeksdoorbraken hebben geleid tot nanorobots die zeer gespecialiseerde functies op nanoscopisch niveau kunnen uitvoeren. Sommige nanorobots fungeren als schakelaars, andere als pompen en weer andere als motoren die die nanorobot door de ruimte en door vloeistof kunnen voortstuwen.

Deze bedrieglijk eenvoudige moleculaire machines kunnen worden gebruikt om aangepaste polypeptiden te bouwen van aminozuren; gebruik maken van zorgvuldig getimede chemische reacties om door omgevingen te "lopen" die te klein of te vijandig zijn voor andere mechanismen; en fungeren als een pad om sleutelmoleculen van de ene plaats naar de andere over te brengen.

De vele toepassingen van nanorobots herdefiniëren technologie, geneeskunde en milieuwetenschap al - en nanorobots staan ​​echt nog in de kinderschoenen als je bedenkt wat ze allemaal zouden kunnen bereiken in de toekomst!

Hoe ziet de toekomst van nanorobots eruit?

Nanorobot-computers

Nanorobot-schakelaars zijn sinds 1994 in ontwikkeling die licht- en chemisch gevoelig zijn, waardoor makers invloed hebben op wanneer ze hun beoogde functie (of niet) uitvoeren.

Nog een mooie toepassing van schakelaars? Basis computertaken.

Momenteel werken onderzoekers aan het coderen van informatie in nanorobots op dezelfde manier als in een grotere computer. Nanorobots hebben al kunnen presteren geheugenopslag/ophaaltaken op een basisniveau, maar in de nabije toekomst zal deze technologie worden gebruikt om geheugencellen met een hoge dichtheid te creëren die onmogelijk grote hoeveelheden informatie kunnen opslaan in een onmogelijk kleine fysieke ruimte.

Nanorobot-kankerbehandelingen

Nanotechnologie verandert de geneeskunde Hoe nanotechnologie de toekomst van de geneeskunde verandertHet potentieel voor nanotechnologie is ongekend. Echte universele assembleurs zullen een diepgaande verschuiving in de menselijke conditie inluiden. Natuurlijk is er nog een lange weg te gaan. Lees verder , en het verandert snel. Nanorobots bieden artsen de kans om ziekten bij hun moleculaire bron te behandelen, en deze kans is ongeëvenaard door enig medicijn op de markt.

Nanorobotschakelaars die gevoelig zijn voor een bepaalde golflengte van licht worden overwogen voor gebruik bij kankerbehandelingen. Een mogelijke behandeling is te gevaarlijk om in zijn huidige vorm te gebruiken, omdat het geen onderscheid kan maken tussen kankercellen en niet-kankercellen.

Borowiak et al suggereren dat als een lichtgevoelige nanorobot-schakelaar in de behandeling werd opgenomen, een gebied zo klein als 10 micrometer breed zou kunnen worden gericht met een lichtbron. Het licht zou ervoor zorgen dat de nanorobot omschakelt en de verbinding activeert op een manier die alleen gerichte kankercellen zou elimineren, terwijl gezonde cellen zouden kunnen overleven. Het beste nog, als deze schakelaars herbruikbaar waren, zou dit het aantal invasieve procedures waarmee iemand die een kankerbehandeling ondergaat, aanzienlijk moeten verminderen!

Nanorobot, MD

Een ander opwindend medisch potentieel is sterk afhankelijk van nanorobotmotoren die op afstand kunnen worden bestuurd om medicijnen op een exacte locatie in het lichaam af te leveren. Deze motoren worden meestal gemaakt door een chemische reactie te creëren die de robot door een vloeistof voortstuwt. Tot voor kort vertrouwden deze motoren vaak op chemische reacties die onveilig waren voor menselijk gebruik.

Recente ontwikkelingen in nanorobotmotoren door Gao et al hebben ze veel veiliger gemaakt! Kleine nanorobotmotoren kunnen worden gemaakt door de zinken kern van een buisvormige nanorobotmotor te laten reageren met de maag zuur - een veilige chemische reactie waardoor medicatie snel in de maagwand kan worden afgeleverd. Tot nu toe is deze procedure alleen getest met ratten, maar tot nu toe zijn de onderzoeken veelbelovend.

Er worden ook magnetische nanorobots ontwikkeld die met behulp van een magnetisch veld snel (in een kwestie van seconden!) medicatie via de bloedbaan kunnen afleveren (getoond in de video hieronder)

Nanorobots in het milieu

Veel onderzoek naar nanorobots is gericht op het kleiner maken van processen, maar het is ook waardevol om naar hun invloed op macroschaal te kijken. Honderdduizenden microscopisch kleine nanorobots die samenwerken in een gecoördineerde inspanning, is misschien onze enige hoop op het milieu redden 5 manieren waarop technologie het milieu zal reddenTechnologie wordt vaak gezien als een anti-ecologische schurk - maar wist u dat geavanceerde technologie nu wordt gebruikt bij geavanceerde conservering? Lees verder .

Een aanzienlijke hoeveelheid onderzoek naar nanotechnologie in het milieu is gericht op de vraag of nanorobots nuttig kunnen zijn bij het oplossen van vervuiling. De vervuiling heeft crisisniveaus bereikt in plaatsen zoals China, en nanorobots die licht genoeg zijn om de lucht in te gaan, kunnen dat mogelijk maken om verontreinigende stoffen op nanoscopisch niveau op te vangen, of ingezet te worden in emissieproducerende fabrieken om de vervuiling op zijn te stoppen bron.

Evenzo is er hoop dat nanorobots zullen worden ontwikkeld die massaal kunnen worden vrijgegeven om rampen zoals olielozingen te bestrijden. Door recent werk dat nanobots leert om collectief te handelen, is het mogelijk dat elke nanorobotmotor het kan aanpakken individuele oliemoleculen terwijl ze samenwerken met alle andere nanobots die voor hetzelfde zijn uitgebracht doel.

Een laatste ongelooflijke kans die zich met nanotechnologie in de natuurlijke omgeving voordoet, is hun potentieel om schoon drinkwater te creëren. Veel gebieden op aarde hebben momenteel te kampen met een gebrek aan vers, veilig drinkwater - een probleem dat nanorobots mogelijk kunnen oplossen. Het is heel goed mogelijk dat nanorobots bacteriën en andere verontreinigingen uit onreine waterbronnen kunnen verwijderen, waardoor mogelijk een groot aantal levens kan worden gered.

Er zijn veel banen die worden overgenomen door robots Wat gebeurt er als robots alle taken kunnen uitvoeren?Robots worden snel slimmer - wat gebeurt er als ze elk werk beter en goedkoper kunnen doen dan mensen? Lees verder , maar mensen zijn niet langer genoeg als het gaat om het werk dat in het milieu moet worden gedaan, dus het is opwindend om te zien dat dit hele veld mogelijk nieuw leven wordt ingeblazen door nanotechnologie!

Nanorobots in sport

Wetenschappers zijn mijn favoriete mensen. Ze zijn gewoon.

Wetenschappers van het Nationaal Instituut voor Wetenschap en Technologie (NIST) hebben nanorobots ontwikkeld die een stevig potje voetbal kunnen spelen met een rijstkorrel als hun veld en een bal met een breedte kleiner dan een mensenhaar als hun bal. De nanorobots worden bestuurd door magnetische velden of elektronische signalen en zijn gemaakt van materialen zoals aluminium, goud en silicium.

Ik zou graag willen geloven dat dit hun einddoel was, maar de waarheid is dat dit soort games wetenschappers helpen om te meten waartoe nanorobots in staat zijn (inclusief behendigheid, manoeuvreerbaarheid en reactievermogen) en om hun ontwerp.

Wat is er nog meer aan de horizon?

Een van de meest opwindende onderdelen van nanotechnologie is dat we, wat de wetenschap betreft, de afgelopen dertig jaar nauwelijks de oppervlakte van het potentieel ervan hebben bekrast.

Nadenken over de mogelijke invloed die deze nanorobots kunnen hebben, is inspirerend, ongelooflijk... en ook een beetje angstaanjagend. Er is veel anti-robot sentiment in de wereld De ondergang van HitchBot bewijst dat de VS niet klaar is voor robots Lees verder , en het strekt zich zeker uit tot nanorobots. Critici van nanotechnologie uiten vaak hun bezorgdheid over het gebruik van nanorobots om de menselijke gezondheid negatief te beïnvloeden, en over hun potentieel als wapens.

Deze kritiek is terecht, en het zal belangrijk zijn ervoor te zorgen dat de krachten van nanotechnologie voor het goede worden gebruikt in plaats van voor het kwade.

Maar weegt in dit geval niet het goede dat uit nanorobots kan komen voor de menselijke gezondheid, technologie, het milieu en microscopische sporten op tegen de risico's?

Wat denk je dat het meest opwindende gebruik van nanotechnologie zal zijn? Maakt u zich zorgen over het gebruik ervan?

Afbeelding tegoed: Lego-DNA door Michael Knowles via Flickr, Mirexon via Shutterstock.com; ktsdesign via Shutterstock.com