Нанороботи – роботи, створені з наноматеріалів, розміри яких можна порівняти з розмірами молекули. Дані пристрої повинні володіти функціями руху, обробки та передачі інформації, виконання програм. Їхні розміри не перевищують кількох нанометрів. Посилаючись на сучасну теорію, нанороботи повинні вміти здійснювати двосторонню комунікацію: реагувати на акустичні сигнали і бути в змозі заряджатися або перепрограмуватися ззовні завдяки електричним і звуковим коливанням. Також важливою особливістю є функції реплікації - самоскладання нових нанітів та програмованого самознищення, коли середовище роботи більше не потребує присутності в ньому нанороботів. В останньому випадку роботи повинні розпадатися на нешкідливі та швидковиводні компоненти.
Створено вже достатньо нанотехнологічних пристроїв, незважаючи на те, що вони є експериментальними установками, на практиці їх перспективи очевидні. Розроблено наноелектродвигун, що має обмотку з однієї довжиною молекули, здатної без втрат передавати струм. При подачі напруги ротор (що з кількох молекул) починав обертатися. Існує також пристрій лінійного транспортування, здатний переміщувати молекули на задану відстань. Розробляються також молекулярні біосенсори, антени, маніпулятори.
Логічно поставити питання - коли ж нанороботи прийдуть у наш світ, стануть для нас буденністю, як комп'ютери та інтернет.
За прогнозами вчених, вік нанороботів уже не за горами
Вчені впевнені, що всі перспективи можуть здійснитися, наномашини спроможні відтворювати будь-які предмети з атомів, зможуть омолоджувати людину, стануть штучними виробниками їжі, заповнять навколоземний простір і зроблять придатними для людини планети та їх місяця.
Існують, однак, і побоювання щодо наномеханіки. Так книга «Машини Творення» розповідає про збій у програмі роботів, внаслідок чого вони перетворюють всю землю на місиво із самих себе.
Дані погляди не є прерогативою фантастів, їх підтримує низка вчених, яких у пресі іноді називають наноапокаліптиками. Професор Євген Абрамян у своїй статті «Загрози нових технологій» описує ситуацію, коли роботи, призначені для розбирання на атоми відходів, почнуть розбирати в силу збою і все інше. При цьому такі машини самореплікуватимуться. Крім того, як зазначає вчений, ці мікромашини можуть стати основою для нових, ще більш жахливих за сучасні засоби ведення війни.
Так чи інакше, крок до створення нанороботів вже зроблено і ми в черговий раз стикаємося з питанням постановки формулювання: чи змінюють наші нововведення наше ж життя, чи ми самі його змінюємо. Чи зможемо ми створити на основі наномеханіки світ, вільний від голоду, потреби і при цьому має потенціал до розвитку, або дорога з жовтої наноцірки приведе нас до хаосу нових воєн залежатиме від нас самих, але ясно одне: світ змінюється і ми стрімко змінюємося разом з ним.
Нанороботи в медицині
Нанороботи, за розробку яких дали Нобелівську премію з хімії 2016 року, у найближчому майбутньому, без сумніву, зроблять переворот у медицині. Зовсім недавно я розповідав про , і як результати в ній викладені можуть допомогти продовжити життя і зберегти здоров'я вже зараз, а сьогодні моя розповідь про ще більш грандіозне відкриття, яке можливо, відкриє шлях до позбавлення від хвороб навіть невиліковних сьогодні - наприклад, раку навіть позбавить від старіння, хіба що фантастично це звучало.
Нобелівську премію з хімії за 2016 рік отримали 3 особи, Фрейзер Стоддарт із США, Жан-П'єр Соваж із Франції, та Бернард Ферінг із Голландії, вони розробили молекулярні машини (їх розміри в 10 тис. разів менші за розмір людського волосся), які можуть виконувати за командою людини певні події. Варто відзначити наномотор: його можна порівняти з винаходом електродвигуна в 1830 році. На думку членів нобелівського комітету щодо важливості ці винаходи рівнозначні - відкриття електродвигуна перевернуло життя людства, і незабаром варто чекати на це і від наномашин.
Розробники перших нанороботів
Які ж можливості відкриваються для застосування розроблених нанороботів у медицині?Поки що нанороботи використовуються і тестуються, тільки на лабораторних тваринах, але Рей Курцвейл передбачає швидкий їх розвиток до рівня застосування в людському організмі.
Нанороботи в медицині: для точної доставки ліків
Точне дозування, і доставка ліків та біологічно активних речовин стане найпростішим завданням для медицини, зараз вам доводиться приймати препарат для лікування хвороби, який діє на безліч органів і систем відразу, на одні він діє позитивно, а інші в цей час ушкоджує. Нещодавно було з'ясовано в дослідженнях, як сильні антиоксиданти спільно зі своєю позитивною дією на організм непомітно ушкоджують молекули ДНК в організмі, завдаючи їм шкоди. - все це відбувається саме через невиборчогодії препаратів.
Нанороботи в медицині: для боротьби з раком, хворобами та вірусами
Нанороботи можна буде також застосувати для знищення ракових клітин як за допомогою простого механічного руйнування так і використовуючи точкову доставку лікарських препаратів. Фактично будь-які подібні завдання можна вирішити за допомогою нанороботів - позбавити діабету, алергії, навіть знищити вірус СНІДу все це не повинно бути проблемою, при достатньому розвитку технології.
НАНОРОБОТИ У МЕДИЦИНІ: БЕЗСМЕРТЯ можливо?
Чи можуть нанороботи подарувати нам безсмертя? Я можу відповісти так — у майбутньому, можливо, в досить віддаленому. Усі механізми старіння досі не розкриті, а нанороботу необхідно буде дати команду для проведення змін в організмі, поки до кінця не ясно, що міняти говорити про повну перемогу над старінням звичайно рано, але втішно, що роботи в цьому напрямку визнані вже на такому. найвищому рівні як Нобелівська премія — швидка перемога над хворобами та старінням уже не за горами. Нанороботам можна доручити відновлювати пошкодження ДНК, які накопичуються з віком, а також видаляти клітинне сміття — що є одним із механізмів старіння.
нанороботи в медицині: які проблеми зараз стоять перед вченими?
Основні проблеми, які мені бачаться:
- Проблема управління і точної доставки в потрібне місце - зараз управляють нанороботами за допомогою змінного магнітного поля, воно змушує розгойдуватися елемент, що рухається - за рахунок чого і відбувається рух. В ідеалі кожен наноробот повинен бути керований окремо, за допомогою команд - т, е мати у своєму складі подобу прийомопередавальногопристрої, а також нанокомп'ютер.
Проблема контролю становища в організмі — нанороботи що неспроможні ніяк сигналізувати про своє становище у організмі, і про змінах. Передбачається використовувати в майбутньому для контролю за цим процесом прилади на зразок томографів.
Докладніше про розробки медичних нанороботів, і наномедицину можна прочитати у вікіпедії.
Невеликий, але дуже цікавий документальний фільм про наномедицину.
Звичайно існують і небезпеки, пов'язані з використанням нанороботів, це так зване їхнє неконтрольоване самовиробництво, де як паливо вони почнуть використовувати, все що завгодно — це гепотетичне явище отримало назву «сіра слиз». Але я не хочу розглядати негативні сценарії розвитку, все ж таки оптимістичнішим хочеться бути.
Епоха нанороботів належить до третього мосту на шляху до безсмертя, за теорією Рея Курцвейла.
Перший міст: робити все, що можна робити на сьогоднішньому рівні медицини для продовження життя: фізичні вправи, застосування, дієти і прийом для того, щоб мати можливість дожити до другого мосту.
Другий міст: тут в гру включаються нові технології, що стоять на передовому краї науки: генна терапія, стовбурові клітини, заміна зношених органів клонованими органами тканинами, мета дожити до можливостей третього мосту.
Третій міст: його основу становлять штучний інтелект та нанотехнології. Результатом застосування технологій третього мосту мають стати спеціалізовані нанороботи, здатні повністю перебудовувати організм власника.
Рей Курцвейл відомий футуролог, прогнози якого мають приголомшливу точність, і збутність.
Ось цитата Біла Гейтса про нього:
Рей Курцвейл є найкращою людиною, яку я знаю, у передбаченні майбутнього штучного інтелекту.
Схожих статей не знайдено.
Трапляються наївні люди, які стверджують, що за мільярди років еволюції природа так і не винайшла колесо. Якби вони зменшилися до нанорівня і здійснили подорож усередину живої клітини, то побачили б не тільки колесо, а й електродвигуни, конвеєри, складальні лінії і навіть роботів, що крокують.
За підрахунками біологів, у живій клітині функціонує близько сорока відомих науці молекулярних машин. Вони возять вантажі по молекулярних «рейках», виступають як «вимикачі» та «вимикачі» хімічних процесів. Машини з молекул виробляють енергію підтримки життя, скорочують наші м'язи і будують інші молекулярні машини. А ще вони надихають вчених на будівництво рукотворних нанороботів, які у майбутньому зможуть жити та працювати у внутрішньоклітинному світі.
Щоб уявити, з чого і як вчені-гулівери будуватимуть роботів-ліліпутів, ми розглянули кілька наномашин, створених самою природою.
Жгутик бактерії
Відомий російський біохімік, академік РАН Володимир Скулачов назвав рух бактерій одним з найдивовижніших явищ природи: «Його дослідження завдало нищівного удару по нашому зарозумілому снобізму на кшталт того, що біологічна еволюція, маючи у своєму розпорядженні мільярди років, так і не змогла.
Для пересування в рідкому середовищі деякі бактерії використовують джгутик, що обертається, який наводиться мікроскопічним електродвигуном, зібраним з декількох білкових молекул. Розкручуючи до 1000 об/хв, джгутик може штовхати бактерію вперед з надзвичайно великою швидкістю - 100-150 мкм/с. За секунду одноклітинний переміщається на відстань, що перевищує його довжину більш ніж у 50 разів. Якщо це перевести на звичні нам величини, то спортсмен-плавець зростом 180 см мав би перепливати 50-метровий басейн за півсекунди!
Метаболізм бактерії влаштований таким чином, що позитивні іони водню (протони) накопичуються між внутрішньою та зовнішньою мембранами її клітини. Створюється електрохімічний потенціал, що захоплює протони міжмембранного простору в клітину. Цей потік протонів проходить через «двигун», рухаючи його.
Білкову структуру двигуна називають комплексом Mot, який, у свою чергу, складається з білків Mot A (статора) і Mot B (ротора). Іонні канали в них розташовані таким чином, що рух протонів змушує ротор обертатися подібно до турбіни. Маніпулюючи структурою білка, деякі бактерії вміють змінювати напрямок і швидкість руху, інколи ж навіть включати «задній хід».
Наявність частин, що обертаються, у живого організму спочатку здавалося настільки неймовірним, що зажадало серйозних експериментальних підтверджень. Таких доказів було отримано кілька. Так, у лабораторії академіка Скулачова бактерію характерної форми (у вигляді півмісяця, де передня частина бактерії була увігнутою, задня – опуклою) прикріплювали джгутиком до скла та спостерігали за нею у мікроскоп. Було добре видно, як бактерія обертається, постійно показуючи спостерігачеві лише передню частину, свої «впалі груди», і ніколи не повертаючись «спиною».
АТФ-синтаза
Протонна АТФ-синтаза - найменший в живій природі біологічний двигун шириною всього в 10 нм. З його допомогою живі організми виробляють аденозинтрифосфат (АТФ) - речовина, яка є основним джерелом енергії в клітині.
АТФ складається з аденозину (з'єднання добре знайомої нам ДНК азотистої основи аденіну і цукру рибози) і трьох послідовно приєднаних до нього фосфатних груп. Хімічні зв'язки між фосфатними групами дуже сильні та містять багато енергії. Ця консервована енергія може стати в нагоді для харчування найрізноманітніших біохімічних реакцій. Однак спочатку необхідно певним чином докласти енергію, щоб упакувати аденозин та фосфатні групи в молекулу АТФ. Цим і займається АТФ-синтаза.
жирні кислоти, що надходять в організм, і глюкоза проходять численні цикли, в процесі яких спеціальні ферменти дихального ланцюга відкачують позитивні іони водню (протони) в міжмембранний простір. Там протони накопичуються, як військо перед битвою. Створюється потенціал: електричний (позитивні заряди зовні мітохондріальної мембрани, негативні всередині органели) та хімічний (виникає різниця концентрацій іонів водню: усередині мітохондрії їх менше, зовні більше).
Відомо, що електричний потенціал на мембрані мітохондрій, яка є хорошим діелектриком, досягає 200 мВ при товщині мембрани всього 10 нм.
Нагромадившись у міжмембранному просторі, протони, подібно до електричного струму, спрямовуються назад, в мітохондрію. Вони проходять спеціальними каналами в АТФ-синтазі, яка вбудована у внутрішню сторону мембрани. Потік протонів розкручує ротор, як річка водяний млин. Ротор обертається зі швидкістю 300 оборотів на секунду, що можна порівняти з максимальними оборотами двигуна боліда «Формули-1».
АТФ-синтазу формою можна порівняти з грибом, що «зростає» на внутрішній стороні мембрани мітохондрії, при цьому описаний вище ротор ховається в «грибниці». "Ніжка гриба" обертається разом з ротором, і на її кінці (всередині "капелюшки") закріплено деяку подобу ексцентрика. Нерухомий «капелюшок» умовно ділиться на три часточки, кожна з яких деформується, стискається при проходженні ексцентрика.
До «частки» прикріплюються молекули аденозиндифосфату (АДФ, з двома фосфатними групами) та залишки фосфорної кислоти. У момент стиснення АДФ та фосфат притискаються один до одного досить сильно, щоб утворити хімічний зв'язок. За один оборот «ексцентрик» деформує три «частки» і утворюється три молекули АТФ. Помноживши це на кількість секунд на добу і приблизно АТФ-синтаз в організмі, ми отримаємо дивовижну цифру: щодня в людському тілі виробляється приблизно 50 кг АТФ.
Усі тонкощі цього процесу надзвичайно складні та різноманітні. За їхнє розшифрування, яке зажадало майже сто років, було вручено дві Нобелівські премії - у 1978 році Пітеру Мітчеллу і в 1997 році Джону Вокеру і Полю Бойєру.
Кінезін
Кінезін – це лінійний молекулярний мотор, що пересувається по клітці вздовж шляхопроводів – полімерних ниток. Як портовий вантажник, він перетягує на собі всілякі вантажі (мітохондрії, лізосоми), використовуючи як паливо молекули АТФ.
Зовні кінезин схожий на сплетені з тонких мотузок іграшкового «чоловічка»: він складається з двох однакових поліпептидних ланцюгів, верхні кінці яких сплетені і з'єднані разом, а нижні розставлені в сторони і мають на кінцях «черевики» - глобулярні головки розміром 7,5×4 5 нм. Під час руху ці головки на нижніх кінцях по черзі відриваються від полімерної «стежки», кінезин повертається на 180 градусів навколо своєї осі та переставляє одну з нижніх «стоп» уперед. При цьому якщо один його кінець при русі витрачає енергію (молекулу АТФ), то інший у цей час вивільняє компонент освіти енергії, АДФ. У результаті виходить безперервний цикл подачі та витрати енергії для корисної роботи.
Як показали дослідження, кінезин здатний досить бадьоро крокувати по клітці своїми «мотузковими» ніжками: роблячи крок довжиною всього 8 нм, за секунду він переміщається на гігантську за клітинними мірками відстань у 800 нм, тобто робить 100 кроків за секунду. Спробуйте уявити такі швидкості в людському світі!
Штучні наномашини
Людиною, яка підштовхнула науковий світ до створення нанороботів на основі біологічних молекулярних пристроїв, став видатний вчений-фізик, нобелівський лауреат Річард Фейнман. Його лекцію 1959 року із символічною назвою «Там унизу ще багато місця» біоінженери всього світу вважають відправною точкою у цій нелегкій справі.
Прорив, який дозволив перейти від теорії до практики, стався на початку 90-х років. Тоді англійські вчені з Університету Шеффілда, Фрейзер Стоддарт та Ніл Спенсер, та їхній італійський колега П'єр Анеллі зробили перший молекулярний човник – синтетичний пристрій, у якому відбувається просторове переміщення молекул. Для його створення використовують ротаксан – штучну речовину, в якій кільцева молекула (кільце) нанизана на лінійну молекулу (вісь). Звідси назва речовини: лат. rota- колесо та axis- Вісь. Вісь у ротаксані має форму гантелі, щоб за допомогою об'ємних груп на кінцях не дозволяти кільцю зісковзувати зі стрижня.
Човен на основі ротаксану переміщує кільцеву молекулу вздовж лінійної, на якій вона тримається, за допомогою протонів (послаблюючи або збільшуючи водневі зв'язки, що утримують по центру кільцеву молекулу) та броунівського руху, що штовхає вперед кільце. Це схоже на кинутий у струмок гумовий м'ячик, прив'язаний до мотузки: послабили мотузку (водневі зв'язки) і стрімкий струмок (броунівський рух) підхопить м'яч і захопить його вперед. Натягнули мотузку – м'яч повернеться назад.
У 2010 році група американських біоінженерів, Мілан Стоянович та його колеги, створили молекулярного наноробота, здатного переміщатися ДНК. У ході експерименту вчені змогли простежити, як їхній наноробот зміг самостійно зробити 50 кроків і пересунутись на 100 нм. Робот, який зовні нагадує павука, може автономно виконувати кілька команд: «йти», «повернути», «зупинитися». На думку авторів, він дуже затребуваний у медицині як доставник ліків у клітину.
У 2013 році англійські та шотландські біоінженери під керівництвом Девіда Лея змогли створити перший у світі молекулярний наноконвеєр: наномашину, здатну збирати пептиди, короткі білки. У природі це завдання виконують рибосоми - органели, що у наших клітинах. Біоінженери взяли за основу для своєї машини молекулу ротаксану і на її стрижні змогли зібрати з окремих амінокислот білок заданої властивості. Щоправда, у змаганні з природним складанням білків у рибосомі штучна молекулярна машина поки що програє: їй знадобилося 12 годин на приєднання кожного амінокислотного залишку, тоді як рибосоми справляються із цим завданням швидше ніж за секунду.
Попри це дослідники з оптимізмом розглядають свою розробку. «Ви отримуєте машину, яка точно рухається, піднімає молекулярні будівельні блоки та ставить їх разом. Якщо природа робить це, чому ми не можемо?» – зазначив професор Лей.
Нанотехнологічний робот наномашина (наніт), розміри якого вимірюються в нанометрах. Довідник технічного перекладача
нанобот
Нано шестерня Нанороботи, або наноботи роботи, розміром зіставні з молекулою (менше 10 нм), що мають функції руху, обробки та передачі інформації, виконання програм. Нанороботи, здатні до створення своїх копій, тобто…
Нанотехнологія- (Nanotechnology) Зміст Зміст 1. Визначення та термінологія 2. : історія виникнення та розвитку 3. Фундаментальні положення Сканувальна зондова мікроскопія Наноматеріали Наночастинки Самоорганізація наночастинок Проблема освіти… … Енциклопедія інвестора
Сущ., кіл синонімів: 2 нанобот (1) робот (29) Словник синонімів ASIS. В.М. Тришин. 2013 … Словник синонімів
nanobot- Nanobot Нанобот (наноробот) Програмно керований нанорозмірний пристрій, створений за допомогою молекулярної технології і має достатню автономність. Ці гіпотетичні пристрої розміром одиниці і десятки нанометрів можуть… Тлумачний англо-російський словник з нанотехнології. – М.
наноробот Тлумачний англо-російський словник з нанотехнології. – М.
nanorobot- Nanorobot Наноробот (нанобот) Роботи, створені з наноматеріалів і розміром порівняні з молекулою (менше 10 нм), що мають функції руху, обробки та передачі інформації, виконання програм. Нанороботи, здатні до створення своїх ... Тлумачний англо-російський словник з нанотехнології. – М.
Книги
- Наноказочка, Сергій Лук'яненко, «У певному просторі і часі, в одній дуже смішній реальності, жив і був колись Крихітка Нанобот. Походив він із працьовитого племені Ешеріхія Колі, до якого примешали трошки.
Протягом тривалого часу в науковій фантастиці йшлося про те, що в майбутньому для вирішення різних проблем будуть використовуватися крихітні роботи наніти. Наніти будуть здатні боротися з вірусними інфекціями, служити кур'єрами, що доставляють ліки, допомагати лікарям проводити відповідні операції і т. д. Якийсь час тому було оголошено про те, що прототип подібних нанітів вже був представлений шведськими вченими, але цей прототип був недосконалим. було керувати.
Нанороботи, або наноботи - роботи, розміром зіставні з молекулою (менше 100 нм), що володіють функціями руху, обробки та передачі інформації, виконання програм.
Нанороботи, здатні до створення своїх копій, тобто самовідтворення, називають реплікаторами. Можливість створення нанороботів розглянув у своїй книзі "Машини створення" американський вчений Ерік Дрекслер.
Інші визначення описують наноробота як машину, яка здатна точно взаємодіяти з нанорозмірними об'єктами або здатною маніпулювати об'єктами в наномасштабі. Внаслідок цього навіть великі апарати, такі як атомно-силовий мікроскоп можна вважати нанороботами, так як він виробляє маніпуляції об'єктами на нанорівні. Крім того, навіть звичайних роботів, які можуть рухатися з нанорозмірною точністю, можна вважати нанороботами.
Крім слова «наноробот» також використовують вирази «наніт» та «наноген», проте технічно правильним терміном у контексті серйозних інженерних досліджень все одно залишається перший варіант.
Більш цікаву та працюючу версію нанітів створили вчені з Каліфорнійського університету. Результатом їх досліджень стали мікроскопічні роботи, здатні доставляти ліки всередині організму, не викликаючи при цьому болючих відчуттів або побічних ефектів.
Створені роботи перенесли на собі частки лікарських препаратів, використовуючи як паливо бульбашки газу. Газ, до речі, є продуктом життєдіяльності живої істоти, що утворюється всередині шлунка. Як перший випробувач виступила лабораторна миша, при цьому вона не зазнавала якихось незручностей і залишилася ціла.
Вчені говорять про те, що такий результат говорить про великий прогрес у галузі, адже створені ними роботи змогли рухатися в організмі зі швидкістю 60 мікрометрів на секунду. Для того, щоб доставити ліки до пункту призначення (а в цьому експерименті їм потрібно було дістатися оболонки шлунка), довелося витратити деякий час, при цьому роботи залишалися в шлунку приблизно дванадцять годин, це дозволило їм точково впорснути ліки і досягти граничної ефективності його дії.
Після того, як наніти побували в тілі миші, було зроблено розтин, який показав, що роботи абсолютно безпечно пройшли весь шлях і не завдали пошкоджень тканинам. У цьому рівень токсичного зараження залишився не більше норми. Це говорить про те, що вчені досягли своєї мети і отримали роботів, які будуть використовуватися в майбутньому для підвищення ефективності лікування.
Зараз вчені думають над тим, як збільшити швидкість пересування, а також про альтернативне паливо, оскільки використання газу може негативно вплинути на стан людини.