Kui me räägime robotitest, tulevad esimesena meelde kaablitega metallmasinad või isegi humanoidid, mis tunduvad otse Asimovi filmist pärit olevat. Siiski on olemas põnev universum, kus robootika esineb nii väikeses mastaabis, et see on peaaegu nähtamatu. Me räägime... nanorobootika, distsipliin, mis tegutseb mikromeetrite valdkonnas ja lõhub vorme, et lahendada probleeme, mida me varem pidasime võimatuteks.
Kujutage ette seadmeid, mille paksus on 0,1–10 mikromeetrit; et teile aimu anda, on üks inimese juuksekarv palju paksem, jäädes vahemikku 60–110 mikronit. See võime töötada... mikroskoopiline maailm See võimaldab teadusel liikuda passiivsest vaatlusest kaugemale ja saada aktiivseks tööriistaks, mis on võimeline sekkuma, puhastama ja parandama bioloogilisi struktuure seestpoolt.
Kosmosest inspireeritud nutikas mooduldisain
Hiljuti tegi Baseli ülikooli meeskond Cornelia Palivani ja Voichita Mihali juhtimisel laialdase avalikkuse ette nanorobotiga, mis on inspireeritud ... kosmoseraketitehnikaSuur leidlikkus seisneb selles, et see pole üksik jäik tükk, vaid modulaarne süsteem, mis koosneb kahest sõltumatust plokist: magnetmootorist ja taaskasutatavast kasuliku koorma kapslist.
Nende tükkide ühendamiseks ilma kruvide või tavaliste liimideta on nad kasutanud nn a-d. Molekulaarne takjapael Need DNA-ahelatest koosnevad komplementaarsed järjestused võimaldavad moodulitel autonoomselt ja programmiliselt dokkida. Kõige lahedam on see, et kui missioon on läbi, saavad teadlased selle keemilise ühenduse lahti ühendada. propellentide ringlussevõtt ja täitke kapsel uute toimeainetega.
Erinevalt vanematest mudelitest, mis sobisid ainult kindla ülesande jaoks, pakub see modulaarne lähenemine uskumatut mitmekülgsust, mis sarnaneb paindlikkusega, mida eemaldatavad ja autonoomsed robotkäedVajadusel saame koormust muuta, mis lahendab ühe tööstuse suurima probleemi: keerulised struktuurid visatakse enneaegselt minema, kui nende koormus on ammendunud. Seega ökodisain See ulatub ka nanomeetrilisse skaalasse.
Võitlus vähi ja bioloogilise täpsuse vastu
Selle leiutise testimiseks asusid teadlased otse asja juurde, kasutades HeLa rakke, mis on inimese kasvajarakkude liin. Lastikapsel sisaldas neid. polümeersed vesiikulid mis on loodud ensüümide kaitsmiseks ja molekulide voolu kontrollimiseks läbi spetsiifiliste pooride. Protsess on peaaegu kirurgiline: esmalt ankurdab robot end väliste biomolekulide abil õigete rakkude külge ja seejärel vabastab bioaktiivsed ühendid.
Tulemused on olnud lihtsalt vapustavad, saavutades selle, et kasvaja elujõulisus See langeb kõigest 72 tunniga 16%-ni. Selline täpsus võimaldab ravimitel avaldada kontsentreeritud lokaalset toimet, hoides ära ülejäänud keha agressiivsete ravimeetodite tüüpiliste kõrvaltoimete tekkimise. See pole ainult ulme, see on reaalsus. sihitud rünnakustrateegia haiguste vastu.
Lisaks on magnetiline tõukesüsteem võtmetähtsusega, kuna see ei kasuta keemilisi kütuseid, mis võiksid eluskude mürgitada. See liigub väliste füüsiliste stiimulite abil, mis tagab... turvaline marsruutimine ja võimaldab seadmeid pärast nende eesmärgi täitmist taaskasutada, et neid saaks uuesti kasutada.
Valgus kui liikumapanev jõud: bakterite püüdmine reaalajas
Kuid nanorobootika ei piirdu ainult magnetite ja DNA-ga. Würzburgi ülikooli teadlased on näidanud, et neid on võimalik kasutada oma valgus mootorinaNad on loonud seadme, mille suurus on alla ühe mikroni ja mis suudab footonite tagasilöögi abil baktereid jälitada ja kinni püüda, liikudes kiirusega kuni 50 mikromeetrit sekundis.
Sellel robotil on plasmooniline suunantenn, mis võimaldab tal mitte ainult edasi liikuda, vaid ka teha kiireid 90-kraadiseid pöördeid ja läbida keerukaid trajektoore. Asi pole selles, et laser lihtsalt lükkab seda, vaid pigem selles, et sellel on optiline navigatsioonisüsteem keerukas, mis võimaldab teil mikroorganismide keskkonna puhastamiseks pühkida konkreetseid alasid.
- Optotermoforeetilised jõud: Mehhanism, mis võimaldab baktereid ligi meelitada ja rühmitada ilma mehaaniliste pintsettideta.
- Tugev manööverdusvõime: Võime transportida bakterirühmi ilma pööramis- või orienteerumisvõimet kaotamata.
- Selektiivne sekkumine: Bakterikolooniate reorganiseerimise või patogeenide isoleerimise võimalus vesikeskkonnas.
Kuigi nad pole veel haiglasse minekuks valmis, avavad need edusammud ukse biomeditsiinilised uuringud tipptasemel. Idee patogeenide eemaldamisest konkreetsest piirkonnast või millimeetri täpsusega eksperimentaalsete mikrokeskkondade loomisest muudab laboris mängureegleid.
Meditsiinist kaugemale: tööstus ja keskkond
Kuigi tervishoid on peamine fookus, on neil nähtamatutel masinatel tohutu potentsiaal ka teistes sektorites. Tööstussektoris on nende moodulite juhtimise ja hankimise võime ideaalne... tööstuslik katalüüskus keemilisi reaktsioone saab optimeerida ilma pideva materjalijäätmeid tekitamata, integreerides süsteeme Liikumisjuhtimine tööstusautomaatikas.
Teisest küljest võiks nanorobootika olla planeedi suurim liitlane. süsiniknanotorudega mikrokäsnad mis on võimeline absorbeerima pestitsiide, väetisi või meres leiduvaid raskmetalle, aidates lagundada saasteaineid, mida traditsiooniliste meetoditega eemaldada ei saa. Kõik see tuleneb selliste pioneeride nagu Richard Feynman ja Norio Taniguchi nägemusest, kes juba kujutasid ette, et on olemas taustal palju ruumi uuendusi tegema.
Materjalitehnika, valgusfüüsika ja molekulaarbioloogia ühinemine on muutnud fantaasia reaalsuseks. Alates kaubakapslite laadimise võimalusest kuni bakterite puhastamiseni valguse abil – oleme tunnistajaks üleminekule, kus aatomikontroll ja... funktsionaalne paindlikkus Need mikroskoopilised tööriistad võimaldavad meil tänapäeval tööstust ja meditsiini muuta.