Наноро́боты, или нанобо́ты, — роботы, размером сопоставимые с молекулой (менее 100 нм), обладающие функциями движения, обработки и передачи информации, исполнения программ.
| Наноробот | |
|---|---|
 Молекулярный пропеллер | |
| Изучается в | наноробототехника[вд] |
 Медиафайлы на Викискладе | |
Нанороботы, способные к созданию своих копий, то есть самовоспроизводству, называются репликаторами[1][2]. Такие наномашины обоснованы в известном выступлении Ричарда Фейнмана «Внизу полным-полно места» 1959 года. В 1986 году Эрик Дрекслер, рассматривая возможности их создания в книге «Машины создания: Грядущая эра нанотехнологии», ввёл термин «наноробот».
Другие определения описывают наноробота как машину, способную точно взаимодействовать с наноразмерными объектами или способной манипулировать объектами в наномасштабе. Вследствие этого, даже крупные аппараты, такие как атомно-силовой микроскоп можно считать нанороботами, так как он производит манипуляции объектами на наноуровне. Кроме того, даже обычных роботов, которые могут перемещаться с наноразмерной точностью, можно считать нанороботами.
Кроме слова «наноробот» также используют выражения «нанит»[3] и «наноген», однако, технически правильным термином в контексте серьёзных инженерных исследований все равно остается первый вариант.
Теория нанороботов
правитьТак как нанороботы имеют микроскопические размеры, то их, вероятно, потребуется очень много для совместной работы в решении микроскопических и макроскопических задач. Рассматривают стаи нанороботов, которые не способны к репликации (т. н. «утилитарный туман») и которые способны к самостоятельной репликации в окружающей среде («серая слизь» и др. варианты).
Некоторые сторонники нанороботов в ответ на сценарий «серой слизи» высказывают мнение о том, что нанороботы способны к репликации только в ограниченном количестве и в определённом пространстве нанозавода. Кроме того, ещё только предстоит разработать процесс саморепликации, который сделает данную нанотехнологию безопасной. Кроме того, свободная саморепликация роботов является гипотетическим процессом и даже не рассматривается в текущих планах научных исследований.
Однако, имеются планы по созданию медицинских нанороботов, которые будут впрыскиваться в пациента и выполнять роль беспроводной связи на наноуровне. Такие нанороботы не могут быть получены в ходе самостоятельного копирования, так как это вероятно приведет к появлению ошибок при копировании, которые могут снизить надежность наноустройства и изменить выполнение медицинских задач. Вместо этого нанороботов планируется изготавливать на специализированных медицинских нанофабриках.
Конструкция нанороботов
правитьВ связи с развитием направления научных исследований нанороботов, сейчас наиболее остро стоят вопросы их конкретного проектирования. Одной из инициатив по решению этой проблемы является «Сотрудничество по разработке нанофабрик»[4] , основанное Робертом Фрайтасом и Ральфом Меркле в 2000 году, деятельность которого сосредоточена на разработке практической программы исследований[5], которая направлена на создание контролируемой алмазной механосинтетической нанофабрики, которая будет способна к производству медицинских нанороботов на основе алмазных соединений.
Для этого разрабатываются технологии зондирования, управления силовыми связями между молекулами и навигации. Создаются проекты и прототипы инструментария для манипуляций, двигательного аппарата (молекулярные моторы) и «бортового компьютера».
Двигательный аппарат
править
Молекулярные двигатели — наноразмерные машины, способные осуществлять вращение при приложении к ним энергии. Главной особенностью молекулярных моторов являются повторяющиеся однонаправленные вращательные движения происходящие при подаче энергии. Для подачи энергии используются химический, световой метод, а также метод туннелирования электронов.
Кроме молекулярных двигателей, создаются также наноэлектродвигатели, сходные по конструкции с макроскопическими аналогами[6], проектируются двигатели, принцип работы которых основывается на использовании квантовых эффектов[7]. Также создаются нанодвигатели, работающие на воде[8].
Наномобиль
правитьНаномобилем называется простейший наноробот, состоящий из одной[9] или нескольких молекул[10], способный самостоятельно передвигаться.[уточнить] Источником энергии служит подаваемый извне электрический ток[11]. Первые в истории гонки наномобилей прошли в 2017 году[12].
Способы создания
править3D-печать
править3D-печать это метод послойного создания физического объекта по цифровой 3D-модели. 3D-печать в наномасштабе по сути является тем же самым, но в намного меньшем масштабе. Для того чтобы напечатать структуру в масштабе 5-400 микрометров, точность сегодняшних 3D-принтеров должна быть значительно улучшена.
3D-печать и Лазерная гравировка
правитьМетодика впервые разработанная в Сеуле, Южная Корея, использует двухэтапный процесс 3D-печати: собственно 3D-печать и лазерную гравировку пластин. Для большей точности на наноуровне в процессе 3D-печати используется машина лазерной гравировки. Эта методика имеет много преимуществ. Во-первых, это повышает общую точность процесса печати. Во-вторых, методика позволяет потенциально создавать сегменты наноробота.
Двухфотонная литография
править3D-принтер использует жидкую смолу, которая затвердевает в точно правильных местах с помощью сфокусированного лазерного луча. Фокальная точка лазерного луча направляется через смолу с помощью подвижных зеркал и оставляет линию твердого полимера всего несколько сотен нанометров в ширину. Это разрешение позволяет создавать скульптуры размером с песчинку. Эта методика достаточно быстрая по меркам 3D-нанопечати.
Потенциальная сфера применений
правитьПервое полезное применение наномашин, если они появятся, планируется в медицинских технологиях, где они могут быть использованы для выявления и уничтожения раковых клеток. Также они могут обнаруживать токсичные химические вещества в окружающей среде и измерять уровень их концентрации.
- Ранняя диагностика рака и целенаправленная доставка лекарств в раковые клетки[13][14][15]
- Биомедицинский инструментарий[16]
- Хирургия[17][18]
- Фармакокинетика[19]
- Наблюдение больных диабетом[20][21][22]
- Производство посредством молекулярной сборки нанороботами устройства из отдельных молекул по его чертежам
- Военное применение в качестве средств наблюдения и шпионажа, а также в качестве оружия. Потенциальные возможности использования нанороботов в качестве оружия демонстрируются в некоторых фантастических произведениях («Терминатор 2: Судный день», «Терминатор: Генезис», «День, когда остановилась Земля», «Бросок кобры», «Превосходство»).
- Космические исследования и разработки (например, зонды фон Неймана)
Уровень развития технологии
правитьПо состоянию на 2016 год нанороботы находятся в научно-исследовательской стадии создания. Некоторыми учёными утверждается, что уже созданы некоторые компоненты нанороботов[23][24][25][26][27]. Разработке компонентов наноустройств и непосредственно нанороботам посвящён ряд международных научных конференций[28][29].
Уже созданы некоторые примитивные прототипы молекулярных машин. Например, датчик, имеющий переключатель около 1,5 нм, способный вести подсчёт отдельных молекул в химических образцах[30]. Недавно Университет Райса продемонстрировал наноустройства для использования их в регулировании химических процессов в современных автомобилях.
Одним из самых сложных прототипов наноробота является «DNA box», созданный в конце 2008 года международной группой под руководством Йоргена Кьемса[31]. Устройство имеет подвижную часть, управляемую с помощью добавления в среду специфических фрагментов ДНК. По мнению Кьемса, устройство может работать как «ДНК-компьютер», так как на его базе возможна реализация логических вентилей. Важной особенностью устройства является метод его сборки, так называемый ДНК оригами[англ.], благодаря которому устройство собирается в автоматическом режиме.
В 2010 году были впервые продемонстрированы нанороботы на основе ДНК, способные перемещаться в пространстве[32][33][34].
Летом 2016 года учёным из Дрексельского университета удалось создать нанороботов для скорейшей доставки лекарств по венам. При помощи электромагнитного поля специалисты смогли развить высокую скорость у мельчайших роботов. Новая разработка облегчит отправку лекарственных средств по кровеносным сосудам организма. Свои выводы и детали изобретения были отражены в статье издания Scientific Reports. Электромагнитное поле воздействует на роботов, заставляя их вращаться. Соединённые в цепочку 13 нанороботов способны развивать скорость до 17,85 микрометра в секунду. Учёные в ходе наблюдений выявили особенность, которая выражалась в способности разделяться на более мелкие цепочки при достижении максимальной скорости. Нанороботов можно даже направить в различные стороны при изменении направления магнитного поля[35][36].
В искусстве
править• Хью Хауи — серия книг «Бункер» (в оригинале «Silo»), состоящая из трех частей: «Иллюзия», «Смена» и «Пыль». Жанр — постапокалиптика, фантастика. В книгах описано будущее, в котором американская верхушка власти построила 50 бункеров для проекта по выведению определённого сорта людей, и уничтожила остальной мир с помощью нанороботов, из-за чего выход на поверхность является смертельно опасным.
Этот раздел статьи ещё не написан. |
См. также
правитьПримечания
править- ↑ Э. Дрекслер. Машины созидания: грядущая эра нанотехнологии, 1986.
- ↑ Джон Роберт Марлоу: война с репликаторами | Нанотехнологии Nanonewsnet. Дата обращения: 7 марта 2009. Архивировано 26 июня 2009 года.
- ↑ Нанороботы — будущий триумф или трагедия для человечества? — Нано Дайджест. Дата обращения: 13 июля 2008. Архивировано из оригинала 11 июня 2008 года.
- ↑ Nanofactory. Дата обращения: 18 июля 2022. Архивировано 23 декабря 2019 года.
- ↑ Positional Diamondoid Molecular Manufacturing. Дата обращения: 18 июля 2022. Архивировано 12 июня 2018 года.
- ↑ Rotational actuators based on carbon nanotubes : Article : Nature. Дата обращения: 11 июля 2009. Архивировано 4 июня 2011 года.
- ↑ Элементы — новости науки: Предложена модель атомного квантового двигателя. Дата обращения: 11 июля 2009. Архивировано 11 июля 2009 года.
- ↑ Ученые создали нанодвигатель на воде. РИА Новости (14 сентября 2020). Дата обращения: 20 февраля 2022. Архивировано 20 февраля 2022 года.
- ↑ membrana.ru 21.10.2005 Построен ездящий одномолекулярный автомобиль Архивная копия от 27 марта 2019 на Wayback Machine (недоступная ссылка)
- ↑ membrana.ru 20.01.2010 Химики изготовили гоночный наномобиль Архивная копия от 27 марта 2019 на Wayback Machine (недоступная ссылка)
- ↑ Наука XXI век. Создан наномобиль на электрической тяге Архивная копия от 11 декабря 2021 на Wayback Machine
- ↑ Роман Фишман. Гонки на молекулах // Популярная механика. — 2017. — № 7. — С. 52—53.
- ↑ Нанотехнологии о раке. Дата обращения: 20 июля 2008. Архивировано 20 октября 2011 года.
- ↑ Технология борьбы с раком. Дата обращения: 20 июля 2008. Архивировано 13 марта 2012 года.
- ↑ Доставка лекарств
- ↑ Проектирование медицинских устройств. Дата обращения: 20 июля 2008. Архивировано из оригинала 25 апреля 2021 года.
- ↑ Neurosurgery. Дата обращения: 20 июля 2008. Архивировано 13 марта 2020 года.
- ↑ Крошечные роботы для использования в хирургии. Дата обращения: 19 мая 2021. Архивировано из оригинала 29 ноября 2014 года.
- ↑ Целевые лекарства. Дата обращения: 20 июля 2008. Архивировано из оригинала 28 декабря 2017 года.
- ↑ Нанороботы в терапии диабета. Дата обращения: 20 июля 2008. Архивировано 1 марта 2010 года.
- ↑ Nanorobotics for Diabetes. Дата обращения: 20 июля 2008. Архивировано 31 июля 2017 года.
- ↑ Wellness Engineering, Nanorobots, Diabetes. Дата обращения: 20 июля 2008. Архивировано 11 сентября 2015 года.
- ↑ Двуногая молекула самостоятельно ходит по плоскости. Membrana.ru (27 октября 2005). Дата обращения: 23 октября 2018. Архивировано 8 сентября 2012 года.
- ↑ Одномолекулярный автомобиль получил мотор. Membrana.ru (13 апреля 2006). Дата обращения: 23 октября 2018. Архивировано 12 сентября 2012 года.
- ↑ Построен ездящий одномолекулярный автомобиль. Membrana.ru (26 октября 2005). Дата обращения: 23 октября 2018. Архивировано 8 сентября 2012 года.
- ↑ Мелких ходоков научили таскать молекулярные тяжести. Membrana.ru (19 января 2007). Дата обращения: 23 октября 2018. Архивировано из оригинала 26 февраля 2009 года.
- ↑ Нанотехнологи изобрели колёсную пару. Membrana.ru (30 января 2007). Дата обращения: 23 октября 2018. Архивировано 3 сентября 2012 года.
- ↑ Workshop «Trends in nanomechanics and nanoengineering». 24-28, August, 2009 (англ.). Conferences of SibFU. Дата обращения: 23 октября 2018. Архивировано 23 июля 2012 года.
- ↑ XX юбилейная международная научно-техническая конференция «Экстремальная робототехника. Нано-, микро- и макророботы» ЭР-2009. Информационное сообщение. ЦНИИ Робототехники и Технической Кибернетики. Дата обращения: 15 апреля 2009. Архивировано из оригинала 17 апреля 2009 года.
- ↑ Постгеномные технологии и молекулярная медицина. Доклад академика РАМН A. M. Арчакова (doc). Российская академия наук. — «Вестник Российской академии наук», том 74, № 5, 2004. Дата обращения: 23 октября 2018. Архивировано 9 августа 2017 года.
- ↑ Ebbe S. Andersen et al. Self-assembly of a nanoscale DNA box with a controllable lid (англ.) // Nature : научный журнал. — London: Nature Publishing Group, 2009. — Vol. 459. — P. 73–76. — ISSN 0028-0836. Архивировано 9 мая 2009 года.
- ↑ "Ученые создали на основе молекул ДНК четырехногого робота". РИА Новости. 2010-05-14. Архивировано 19 февраля 2011. Дата обращения: 23 октября 2018.
- ↑ Hongzhou Gu, Jie Chao, Shou-Jun Xiao and Nadrian C. Seeman. A proximity-based programmable DNA nanoscale assembly line (англ.) // Nature. — 2010. — Vol. 465. — P. 202–205. — ISSN 0028-0836.
- ↑ Kyle Lund et al. Molecular robots guided by prescriptive landscapes (англ.) // Nature. — 2010. — Vol. 465. — P. 206–210. — ISSN 0028-0836.
- ↑ Литвиненок Роман. Ученые создали нанороботов для скорейшей доставки лекарств по венам. Planet-Today.ru (1 августа 2016). Дата обращения: 23 октября 2018. Архивировано 1 августа 2016 года.
- ↑ Ученые создали нанороботов для скорейшей доставки лекарств по венам (50). Яндекс.Новости. Дата обращения: 23 октября 2018. Архивировано 1 августа 2016 года.
Литература
править- В. Ю. Попов, ДНК Наномеханические роботы и вычислительные устройства, 2008 (недоступная ссылка)
- Ефременко Д. В. Техника в политическом измерении: от мегамашины до нанороботов et vice versa // ПОЛИТЭКС (Политическая экспертиза), 2012, № 4. — с. 46-63.
Ссылки
править- Американские учёные создали первого в мире наноробота
- Нанороботы — будущий триумф или трагедия для человечества?
- В Японии разработан первый «наномозг» для нанороботов
- Ученые научили наноробота ходить и работать с ДНК
- Нанороботы изменят мир уже через несколько лет, «Мембрана», 4 января 2002 г
- Попов В. Ю. ДНК наномеханические роботы и вычислительные устройства
- Наноробототехника (англ.)
- Ученые создали нанороботов из ДНК
- Нанотехнологии в России и в мире — первый российский специализированный портал; с 2004г