Nanorobotar , eller nanobotar , är robotar som är jämförbara i storlek med en molekyl (mindre än 100 nm ), med funktionerna rörelse, bearbetning och överföring av information , exekvering av program.
Nanorobotar som kan skapa kopior av sig själva, det vill säga självreproduktion , kallas replikatorer [1] [2] . Sådana nanomaskiner är grundade i Richard Feynmans berömda tal från 1959 "Det finns gott om utrymme nere" . 1986 myntade Eric Drexler termen "nanobot" samtidigt som han granskade möjligheterna att skapa dem i sin bok Engines of Creation: The Coming Era of Nanotechnology .
Andra definitioner beskriver en nanorobot som en maskin som kan interagera exakt med objekt i nanoskala eller som kan manipulera objekt i nanoskala. Som ett resultat kan även stora enheter, såsom ett atomkraftsmikroskop, betraktas som nanorobotar, eftersom det manipulerar objekt i nanoskala. Dessutom kan även vanliga robotar som kan röra sig med precision i nanoskala betraktas som nanorobotar.
Förutom ordet "nanorobot" används också uttrycken "nanite" [3] och "nanogen", men det första alternativet är fortfarande den tekniskt korrekta termen i samband med seriös ingenjörsforskning.
Eftersom nanorobotar är mikroskopiska till storleken kommer de förmodligen att behöva många av dem för att arbeta tillsammans för att lösa mikroskopiska och makroskopiska problem. De betraktar flockar av nanorobotar som inte är kapabla till replikering (den så kallade " utilitaristiska dimman ") och som är kapabla till självreplikering i miljön (" grå goo " och andra alternativ).
En del förespråkare av nanorobotar, som svar på scenariot med gråa goo , är av åsikten att nanorobotar endast kan replikeras i ett begränsat antal och i ett visst utrymme i nanofabriken. Dessutom har en process av självreplikering som skulle göra denna nanoteknik säker ännu inte utvecklats. Dessutom är den fria självreplikeringen av robotar en hypotetisk process och tas inte ens med i de aktuella forskningsplanerna.
Det finns dock planer på att skapa medicinska nanorobotar som ska injiceras i en patient och utföra rollen som trådlös kommunikation på nanoskala. Sådana nanorobotar kan inte produceras genom självkopiering, eftersom detta sannolikt skulle introducera kopieringsfel som kan minska tillförlitligheten hos nanoenheten och förändra prestanda för medicinska uppgifter. Istället planeras nanorobotar att tillverkas på specialiserade medicinska nanofabriker .
I samband med utvecklingen av riktningen för vetenskaplig forskning av nanorobotar är frågorna om deras specifika design nu mest akuta. Ett initiativ för att ta itu med denna fråga är Nanofactory Development Collaboration [4] , grundat av Robert Freitas och Ralph Merkle 2000, som fokuserar på att utveckla ett praktiskt forskningsprogram [5] som syftar till att skapa en kontrollerad diamantmekanosyntetisk nanofabrik som kommer att kunna producera medicinska nanorobotar baserade på diamantföreningar.
För att göra detta utvecklas teknologier för avkänning, kontroll av kraftförbindelser mellan molekyler och navigering. Projekt och prototyper av instrument för manipulationer, framdrivningsapparaten ( molekylära motorer ) och "ombordsdatorn" skapas.
Molekylära motorer är maskiner i nanoskala som kan rotera när energi appliceras på dem. Huvuddragen hos molekylära motorer är den upprepade enkelriktade rotationsrörelsen som uppstår när energi appliceras. För att tillföra energi används kemiska, ljus- och elektrontunnelmetoder.
Förutom molekylära motorer skapas också nanoelektriska motorer, liknande i design till makroskopiska analoger [6] , motorer designas, vars funktionsprincip är baserad på användningen av kvanteffekter [7] . Nanomotorer som körs på vatten skapas också [8] .
Nanomobil är den enklaste nanoroboten, bestående av en [9] eller flera molekyler [10] , som kan röra sig oberoende av varandra.[ förtydliga ] Energikällan är en externt tillförd elektrisk ström [11] . Det första nanomobilloppet någonsin ägde rum 2017 [12] .
3D-utskrift är en metod för att skapa ett fysiskt objekt lager för lager från en digital 3D-modell. 3D-utskrift i nanoskala är i huvudsak densamma, men i mycket mindre skala. För att kunna skriva ut en struktur i en skala av 5-400 mikrometer måste noggrannheten hos dagens 3D-skrivare förbättras avsevärt.
Tekniken, som först utvecklades i Seoul, Sydkorea, använder en tvåstegs 3D-utskriftsprocess: själva 3D-utskriften och lasergraveringen av plåtarna. För större precision i nanoskala använder 3D-utskriftsprocessen en lasergraveringsmaskin. Denna teknik har många fördelar. För det första förbättrar det den övergripande noggrannheten i utskriftsprocessen. För det andra gör tekniken det möjligt att potentiellt skapa nanorobotsegment.
3D-skrivaren använder ett flytande harts som härdas på exakt rätt ställen med en fokuserad laserstråle. Laserstrålens brännpunkt riktas genom hartset med hjälp av rörliga speglar och lämnar en linje av solid polymer endast några hundra nanometer bred. Denna upplösning låter dig skapa skulpturer som är lika stora som ett sandkorn. Denna teknik är ganska snabb enligt standarden för 3D nanoprinting.
Den första användbara tillämpningen av nanomaskiner, om de dyker upp, planeras inom medicinsk teknik, där de kan användas för att identifiera och förstöra cancerceller. De kan också upptäcka giftiga kemikalier i miljön och mäta deras nivåer.
Från och med 2016 är nanorobotar i forskningsstadiet för att skapas. Vissa forskare hävdar att vissa komponenter i nanorobotar redan har skapats [23] [24] [25] [26] [27] . Ett antal internationella vetenskapliga konferenser [28] [29] ägnas åt utvecklingen av nanoenhetskomponenter och direkt till nanorobotar .
Vissa primitiva prototyper av molekylära maskiner har redan skapats. Till exempel en sensor som har en omkopplare på cirka 1,5 nm, som kan räkna enskilda molekyler i kemiska prover [30] . Nyligen har Rice University visat nanoenheter för användning för att reglera de kemiska processerna i moderna bilar.
En av de mest komplexa nanorobotprototyperna är "DNA-lådan", skapad i slutet av 2008 av ett internationellt team ledd av Jörgen Kyems [31] . Enheten har en rörlig del som kontrolleras genom att lägga till specifika DNA- fragment till mediet . Enligt Kyems kan enheten fungera som en " DNA-dator ", eftersom det är möjligt att implementera logiska grindar på grundval av den . En viktig egenskap hos enheten är dess monteringsmetod, den så kallade origami DNA , tack vare vilken enheten monteras automatiskt.
2010 demonstrerades DNA-baserade nanorobotar som kan röra sig i rymden för första gången [32] [33] [34] .
Sommaren 2016 lyckades forskare från Drexel University skapa nanobotar för snabb leverans av läkemedel genom venerna. Med hjälp av ett elektromagnetiskt fält kunde experter utveckla hög hastighet i de minsta robotarna. Den nya utvecklingen ska göra det lättare att skicka läkemedel genom kroppens blodkärl. Deras upptäckter och detaljer om uppfinningen återspeglades i en artikel publicerad av Scientific Reports. Det elektromagnetiska fältet påverkar robotarna och får dem att rotera. 13 nanorobotar kopplade i en kedja kan nå hastigheter på upp till 17,85 mikrometer per sekund. Forskare avslöjade under observationer en funktion som uttrycktes i förmågan att dela upp sig i mindre kedjor när man når maximal hastighet. Nanobotar kan till och med riktas i olika riktningar genom att ändra riktningen på magnetfältet [35] [36] .
| Nanoteknik | |
|---|---|
| Relaterade vetenskaper | |
| Personligheter | |
| Villkor | Nanopartikel |
| Teknologi | |
| Övrig |
|
| Robotik | |
|---|---|
| Huvudartiklar | |
| Robottyper | |
| Anmärkningsvärda robotar | |
| Relaterade termer | |