Hur "Molecular Legos" öppnar dörren till sann nanoteknik

Annons

Robotar är coola. Robotar som fungerar på molekylär nivå? De är ännu coolare - och det finns ingen gräns för vad de kan åstadkomma.

Medan vetenskapen har fascinerats av världens omöjligt små byggstenar i hundratals år, har det bara varit sedan på 1980-talet att vetenskaplig förståelse och teknisk utveckling verkligen har gjort det möjligt för nanovetenskap att vara ett aktivt forskningsfält.

Vi är vana vid att tänka på imponerande robotar som otroligt stora eller otroligt komplexa, men nya och spännande utvecklingar har lämnat nanorobotics redo att helt omdefiniera många områden av vetenskap och teknologi.

Hur små pratar vi egentligen?

Nanorobotics handlar om material på molekylär nivå och mindre, vilket innebär att nanorobotarna arbetar med enskilda atomer, proteiner, molekyler och celler.

Ett av de enklaste sätten att förstå varför nanovetenskap är så viktigt är att tänka på alla dessa nanoskopiska atomer som LEGO-block.

Ungefär som LEGO kan atomer och molekyler kombineras på otaliga sätt för att skapa vad som helst i den naturliga världen, och denna förmåga öppnar dörren till att påverka bokstavligen varje aspekt av våra liv.

Om LEGO-liknelsen inte fungerar är Big Hero 6s "MicroBots" ett annat ganska bra sätt att begreppsliggöra nanorobotar – kom bara ihåg att nanorobotar är flera miljoner gånger mindre än de fiktiva mikrobotar!

Vad gör nanorobotar?

Nanoteknik har redan gjort det möjligt för oss att göra starkare och mer hållbara material genom att manipulera molekylära strukturer, och har varit en drivande kraft bakom mycket modern teknik (inklusive plastfilmen som utgör din bärbara dator eller telefon skärm!).

Nanorobotforskning har ett annat fokus, och dess tillämpningar är mycket mer spännande.

De senaste forskningsgenombrotten har skapat nanorobotar som kan utföra högt specialiserade funktioner på nanoskopisk nivå. Vissa nanorobotar fungerar som omkopplare, andra som pumpar och andra som motorer som kan driva den nanoroboten över rymden och genom vätska.

Dessa bedrägligt enkla molekylära maskiner kan användas för att bygga anpassade polypeptider från aminosyror; använda noggrant tidsinställda kemiska reaktioner för att "gå" över miljöer som är för små eller för fientliga för andra mekanismer; och fungerar som en väg för att överföra nyckelmolekyler från en plats till en annan.

De många tillämpningarna av nanorobotar omdefinierar redan teknik, medicin och miljövetenskap — och nanorobotar är verkligen i sin linda när man tänker på allt som de kunde åstadkomma i framtida!

Hur ser framtiden för nanorobotar ut?

Nanorobot-datorer

Nanorobot-switchar har varit under utveckling sedan 1994 som är ljus- och kemikaliekänsliga, vilket ger skapare inflytande över när de utför (eller inte) sin avsedda funktion.

En annan bra tillämpning av switchar? Grundläggande datoruppgifter.

För närvarande arbetar forskare med att koda information i nanorobotar på samma sätt som i en större dator. Nanorobotar har redan kunnat prestera minneslagring/hämtningsuppgifter på en grundläggande nivå, men inom en snar framtid kommer denna teknik att användas för att skapa högdensitetsminnesceller som kan lagra omöjligt stora mängder information i ett omöjligt litet fysiskt utrymme.

Nanorobot cancerbehandlingar

Nanotekniken förändrar medicinen Hur nanoteknik förändrar medicinens framtidPotentialen för nanoteknik är oöverträffad. Sanna universalmontörer kommer att inleda en djupgående förändring i det mänskliga tillståndet. Naturligtvis är det en lång väg kvar att gå. Läs mer , och det förändras snabbt. Nanorobotar erbjuder läkare möjligheten att behandla sjukdomar från sin molekylära källa, och denna möjlighet är oöverträffad av något läkemedel på marknaden.

Nanorobot-switchar som är känsliga för en viss ljusvåglängd övervägs för användning i cancerbehandlingar. En potentiell behandling är för farlig för att använda i sin nuvarande form eftersom den inte kan skilja mellan cancerceller och icke-cancerceller.

Borowiak et al föreslår att om en ljuskänslig nanorobot-switch inkluderades i behandlingen, skulle ett område så litet som 10 mikrometer brett kunna riktas mot en ljuskälla. Ljuset skulle få nanorobotomkopplaren att "vända", aktivera föreningen på ett sätt som skulle eliminera endast riktade cancerceller samtidigt som friska celler överlevde. Bäst ändå, om dessa switchar var återanvändbara skulle detta avsevärt kunna minska mängden invasiva ingrepp som någon som genomgår cancerbehandling skulle behöva utsättas för!

Nanorobot, M.D.

En annan spännande medicinsk potential är starkt beroende av nanorobotmotorer som kan styras på avstånd för att leverera mediciner till en exakt plats i kroppen. Dessa motorer tillverkas vanligtvis genom att skapa en kemisk reaktion som driver roboten genom en vätska. Tills nyligen förlitade sig dessa motorer ofta på kemiska reaktioner som var osäkra för mänsklig användning.

Den senaste utvecklingen inom nanorobotmotorer av Gao et al har gjort dem mycket säkrare! Små nanorobotmotorer kan skapas genom att reagera en rörformad nanorobotmotors zinkkärna med magen syra – en säker kemisk reaktion som kan göra att medicinen kan levereras till magslemhinnan snabbt. Hittills har denna procedur endast testats med råttor, men hittills är studierna lovande.

Magnetiska nanorobotar utvecklas också som snabbt (på några sekunder!) kan leverera medicin genom blodomloppet med hjälp av ett magnetfält (visas i videon nedan)

Nanorobotar i miljön

Mycket av nanorobotforskningen fokuserar på att göra processer mindre, men det finns lika värde i att titta på deras inflytande på en makroskala också. Hundratusentals mikroskopiska nanorobotar som arbetar tillsammans i ett samordnat arbete kan vara vårt enda hopp om rädda miljön 5 sätt teknik kommer att rädda miljön påTekniken ses ofta som en anti-ekologiskurk - men visste du att avancerad teknik används, just nu, i banbrytande bevarande? Läs mer .

En betydande mängd miljönanoteknologisk forskning är inriktad på huruvida nanorobotar kan vara till hjälp för att åtgärda föroreningar. Föroreningarna har nått krisnivåer på platser som Kina, och nanorobotar som är lätta nog att lyfta upp i luften kanske kan att fånga föroreningar på nanoskopisk nivå, eller sättas in i utsläppsproducerande fabriker för att stoppa föroreningar vid sin källa.

På samma sätt finns det hopp om att nanorobotar kommer att utvecklas som kan släppas i massor för att bekämpa katastrofer som oljeutsläpp. Genom det senaste arbetet med att lära nanobotar att agera kollektivt är det möjligt att varje nanorobotmotor skulle kunna ta sig an individuella oljemolekyler samtidigt som de arbetar tillsammans med alla andra nanobotar som släppts för detsamma ändamål.

En sista otrolig möjlighet som presenterar sig med nanoteknik i den naturliga miljön är deras potential att skapa rent dricksvatten. Många områden på jorden lider för närvarande av bristande tillgång på färskt, säkert dricksvatten - ett problem som nanorobotar kanske kan lösa. Det är fullt möjligt att nanorobotar kommer att kunna eliminera bakterier och andra föroreningar från orena vattenkällor, vilket potentiellt kan rädda ett stort antal liv.

Det finns många jobb som kommer att tas över av robotar Vad händer när robotar kan göra alla jobb?Robotar blir snabbt smartare - vad händer när de kan göra alla jobb bättre och billigare än människor? Läs mer , men människor räcker inte längre till när det kommer till det arbete som måste göras i miljön, så det är spännande att se att hela detta område kan återupplivas genom nanoteknik!

Nanorobotar inom sport

Forskare är mina favoritmänniskor. De bara är.

Forskare vid National Institute for Science and Technology (NIST) har utvecklat nanorobotar som kan spela en solid fotbollsmatch med ett riskorn som sitt fält och en boll med en bredd som är mindre än ett människohår som sin boll. Nanorobotarna styrs av magnetfält eller elektroniska signaler och är gjorda av material som aluminium, guld och kisel.

Jag skulle vilja tro att detta var deras slutmål, men sanningen är att spel som detta hjälper forskare att mäta vad nanorobotar kan (inklusive smidighet, manövrerbarhet och lyhördhet) och att finjustera sina design.

Vad mer är på horisonten?

En av de mest spännande delarna av nanoteknik är att vi, när det gäller vetenskaper, knappt har skrapat på ytan på dess potential under de senaste trettio åren.

Att tänka på den potentiella omfattningen av inflytande som dessa nanorobotar kan ha är inspirerande, otroligt... och lite skrämmande också. Det finns en hel del anti-robotsentiment i världen HitchBots bortgång bevisar att USA inte är redo för robotar Läs mer , och det sträcker sig definitivt till nanorobotar. Kritiker av nanoteknik uttrycker ofta oro över att nanorobotar används för att negativt påverka människors hälsa och deras potential som vapen.

Denna kritik är giltig, och det kommer att vara viktigt att se till att nanoteknikens krafter används till det goda snarare än det onda.

Men i det här fallet, uppväger inte det goda som kan komma ur nanorobotar för människors hälsa, teknik, miljön och mikroskopiska sporter definitivt riskerna?

Vad tror du att den mest spännande användningen av nanoteknik kommer att vara? Har du några farhågor om dess användning?

Bildkredit: Lego DNA av Michael Knowles via Flickr, Mirexon via Shutterstock.com; ktsdesign via Shutterstock.com