Wie "molekulare Legos" die Tür zu echter Nanotechnologie öffnen

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Roboter sind cool. Roboter, die auf molekularer Ebene agieren? Diese sind noch cooler – und es gibt keine Grenzen für das, was sie erreichen könnten.

Während die Wissenschaft seit Hunderten von Jahren von den unglaublich kleinen Bausteinen der Welt fasziniert ist, ist dies erst seither so den 1980er Jahren, dass wissenschaftliches Verständnis und technologische Entwicklung die Nanowissenschaften wirklich zu einem aktiven Forschungsgebiet gemacht haben.

Wir sind es gewohnt, beeindruckende Roboter als unglaublich groß oder unglaublich komplex zu betrachten, aber neu und spannende Entwicklungen haben die Nanorobotik dazu gebracht, viele Bereiche der Wissenschaft völlig neu zu definieren und Technologie.

Wie klein reden wir genau?

Die Nanorobotik beschäftigt sich mit Materialien auf molekularer Ebene und kleiner, das heißt, die Nanoroboter arbeiten mit einzelnen Atomen, Proteinen, Molekülen und Zellen.

Eine der einfachsten Möglichkeiten zu verstehen, warum die Nanowissenschaft so wichtig ist, besteht darin, sich all diese nanoskopischen Atome als LEGO-Blöcke vorzustellen.

Ähnlich wie LEGO können Atome und Moleküle auf unzählige Arten kombiniert werden, um alles in der natürlichen Welt zu erschaffen, und diese Fähigkeit öffnet die Tür, um buchstäblich jeden Aspekt unseres Lebens zu beeinflussen.

Wenn die LEGO-Analogie nicht funktioniert, sind die „MicroBots“ von Big Hero 6 eine weitere ziemlich gute Möglichkeit, sich zu konzipieren Nanoroboter – denken Sie daran, dass Nanoroboter mehrere Millionen Mal kleiner sind als die fiktiven Mikrobots!

Was machen Nanoroboter?

Die Nanotechnologie hat es uns bereits ermöglicht, durch Manipulation von molekularen Strukturen stärkere und haltbarere Materialien herzustellen, und war eine treibende Kraft hinter vielen modernen Technologien (einschließlich der Plastikfolie, aus der Ihr Laptop oder Telefon besteht) Bildschirm!).

Die Nanoroboterforschung hat einen anderen Schwerpunkt und ihre Anwendungen sind viel spannender.

Neuere Forschungsdurchbrüche haben Nanoroboter hervorgebracht, die hoch spezialisierte Funktionen auf nanoskopischer Ebene ausführen können. Einige Nanoroboter fungieren als Schalter, andere als Pumpen und wieder andere als Motoren, die diesen Nanoroboter durch den Weltraum und durch Flüssigkeiten treiben können.

Diese täuschend einfachen molekularen Maschinen können verwendet werden, um maßgeschneiderte Polypeptide aus Aminosäuren zu bauen; nutzen Sie sorgfältig abgestimmte chemische Reaktionen, um durch Umgebungen zu „laufen“, die für andere Mechanismen zu klein oder zu feindselig sind; und fungieren als Weg, um Schlüsselmoleküle von einem Ort zum anderen zu übertragen.

Die vielen Anwendungen von Nanorobotern definieren Technologie, Medizin und Umweltwissenschaften bereits neu — und Nanoroboter stecken wirklich noch in den Kinderschuhen, wenn man bedenkt, was sie alles erreichen könnten Zukunft!

Wie sieht die Zukunft von Nanorobotern aus?

Nanoroboter-Computer

Seit 1994 werden Nanoroboterschalter entwickelt, die licht- und chemikalienempfindlich sind und den Entwicklern Einfluss darauf geben, wann sie ihre beabsichtigte Funktion ausführen (oder nicht).

Eine weitere großartige Anwendung von Schaltern? Grundlegende Rechenaufgaben.

Derzeit arbeiten Forscher daran, Informationen in Nanorobotern so zu codieren, wie Sie es in einem größeren Computer tun würden. Nanoroboter haben bereits Leistung gebracht Aufgaben zum Speichern/Abrufen von Arbeitsspeichern auf einer grundlegenden Ebene, aber in naher Zukunft wird diese Technologie verwendet, um Speicherzellen mit hoher Dichte zu schaffen, die unglaublich große Informationsmengen auf unglaublich kleinem Raum speichern können.

Nanoroboter-Krebsbehandlungen

Nanotechnologie verändert die Medizin Wie Nanotechnologie die Zukunft der Medizin verändertDas Potenzial der Nanotechnologie ist beispiellos. Wahre universelle Monteure werden eine tiefgreifende Veränderung des menschlichen Daseins einleiten. Natürlich ist es noch ein weiter Weg. Weiterlesen , und es ändert sich schnell. Nanoroboter bieten Ärzten die Chance, Krankheiten an ihrer molekularen Quelle zu behandeln, und diese Möglichkeit ist für jedes Medikament auf dem Markt einzigartig.

Nanoroboterschalter, die auf eine bestimmte Wellenlänge des Lichts empfindlich reagieren, werden für den Einsatz in der Krebsbehandlung in Betracht gezogen. Eine mögliche Behandlung ist in ihrer jetzigen Form zu gefährlich, da sie nicht zwischen krebsartigen und nicht krebsartigen Zellen unterscheiden kann.

Borowiak et al schlagen vor, dass bei Einbeziehung eines lichtempfindlichen Nanoroboterschalters in die Behandlung ein Bereich von nur 10 Mikrometer Breite mit einer Lichtquelle gezielt werden könnte. Das Licht würde dazu führen, dass der Nanoroboter umschaltet und die Verbindung so aktiviert, dass nur gezielte Krebszellen eliminiert werden, während gesunde Zellen überleben können. Und das Beste ist, wenn diese Schalter wiederverwendbar wären, könnte dies die Anzahl der invasiven Eingriffe, denen sich jemand, der sich einer Krebsbehandlung unterzieht, unterziehen muss, erheblich reduzieren!

Nanoroboter, M.D.

Ein weiteres spannendes medizinisches Potenzial beruht stark auf Nanoroboter-Motoren, die aus der Ferne gesteuert werden können, um Medikamente an eine genaue Stelle im Körper zu bringen. Diese Motoren werden normalerweise durch eine chemische Reaktion hergestellt, die den Roboter durch eine Flüssigkeit treibt. Bis vor kurzem beruhten diese Motoren oft auf chemischen Reaktionen, die für den menschlichen Gebrauch unsicher waren.

Aktuelle Entwicklungen bei Nanorobotermotoren von Gao et al haben sie viel sicherer gemacht! Winzige Nanorobotermotoren können hergestellt werden, indem der Zinkkern eines röhrenförmigen Nanorobotermotors mit dem Magen reagiert Säure – eine sichere chemische Reaktion, die eine schnelle Verabreichung von Medikamenten an die Magenschleimhaut ermöglicht. Bisher wurde dieses Verfahren nur an Ratten getestet, doch bisher sind die Studien vielversprechend.

Es werden auch magnetische Nanoroboter entwickelt, die mit Hilfe eines Magnetfelds schnell (in Sekundenschnelle!) Medikamente durch den Blutkreislauf abgeben können (siehe Video unten).

Nanoroboter in der Umwelt

Ein Großteil der Nanoroboterforschung konzentriert sich darauf, Prozesse zu verkleinern, aber es ist ebenso wichtig, ihren Einfluss auf die Makroebene zu untersuchen. Hunderttausende von mikroskopisch kleinen Nanorobotern, die in einer koordinierten Anstrengung zusammenarbeiten, können unsere einzige Hoffnung sein die Umwelt retten 5 Wege, wie Technik die Umwelt retten kannTechnologie wird oft als ein Anti-Ökologie-Bösewicht angesehen – aber wussten Sie, dass fortschrittliche Technologie gerade jetzt im modernen Naturschutz eingesetzt wird? Weiterlesen .

Ein erheblicher Teil der umweltbezogenen Nanotechnologieforschung konzentriert sich darauf, ob Nanoroboter bei der Bekämpfung der Umweltverschmutzung hilfreich sein können oder nicht. Die Umweltverschmutzung hat an Orten wie China ein Krisenniveau erreicht, und Nanoroboter, die leicht genug sind, um in die Luft zu steigen, könnten in der Lage sein um Schadstoffe auf nanoskopischer Ebene einzufangen oder in emissionserzeugenden Fabriken eingesetzt zu werden, um die Umweltverschmutzung zu stoppen Quelle.

Ebenso besteht die Hoffnung, dass Nanoroboter entwickelt werden, die massenhaft eingesetzt werden können, um Katastrophen wie Ölunfälle zu bekämpfen. Durch neuere Arbeiten, die Nanobots das gemeinsame Handeln beibringen, ist es möglich, dass jeder Nanoroboter-Motor anpacken könnte einzelne Ölmoleküle, während sie mit allen anderen Nanobots zusammenarbeiten, die dafür freigesetzt wurden Zweck.

Eine letzte unglaubliche Chance, die sich mit der Nanotechnologie in der natürlichen Umgebung bietet, ist ihr Potenzial, sauberes Trinkwasser zu schaffen. Viele Gebiete der Erde leiden derzeit unter einem Mangel an frischem, sicherem Trinkwasser – ein Problem, das Nanoroboter möglicherweise lösen können. Es ist durchaus möglich, dass Nanoroboter in der Lage sein werden, Bakterien und andere Schadstoffe aus unreinen Wasserquellen zu eliminieren und möglicherweise eine Vielzahl von Leben zu retten.

Es gibt viele Jobs, die von Robotern übernommen werden Was passiert, wenn Roboter alle Aufgaben erledigen können?Roboter werden immer schlauer – was passiert, wenn sie jeden Job besser und günstiger erledigen können als Menschen? Weiterlesen , aber der Mensch reicht nicht mehr aus, wenn es um die Arbeit in der Umwelt geht, daher ist es spannend zu sehen, dass dieser gesamte Bereich durch die Nanotechnologie wiederbelebt werden kann!

Nanoroboter im Sport

Wissenschaftler sind meine Lieblingsmenschen. Sie sind einfach.

Wissenschaftler des National Institute for Science and Technology (NIST) haben Nanoroboter entwickelt, die mit einem Reiskorn als Feld und einem Ball mit einer Breite kleiner als ein menschliches Haar als Ball ein solides Fußballspiel spielen können. Die Nanoroboter werden durch Magnetfelder oder elektronische Signale gesteuert und bestehen aus Materialien wie Aluminium, Gold und Silizium.

Ich würde gerne glauben, dass dies ihr Endziel war, aber die Wahrheit ist, dass Spiele wie dieses Wissenschaftlern helfen, zu messen wozu Nanoroboter fähig sind (einschließlich Agilität, Manövrierfähigkeit und Reaktionsfähigkeit) und ihre Feinabstimmung Entwurf.

Was ist sonst noch am Horizont?

Einer der aufregendsten Aspekte der Nanotechnologie ist, dass wir, was die Wissenschaften angeht, in den letzten dreißig Jahren kaum an der Oberfläche ihres Potenzials gekratzt haben.

Über den möglichen Einflussbereich dieser Nanoroboter nachzudenken, ist inspirierend, unglaublich … und auch ein bisschen erschreckend. Da ist viel Anti-Roboter-Stimmung in der Welt Der Untergang von HitchBot beweist, dass die USA nicht bereit für Roboter sind Weiterlesen , und es erstreckt sich definitiv auf Nanoroboter. Kritiker der Nanotechnologie äußern häufig Bedenken, dass Nanoroboter eingesetzt werden, um die menschliche Gesundheit negativ zu beeinflussen, und ihr Potenzial als Waffen haben.

Diese Kritikpunkte sind berechtigt, und es wird wichtig sein sicherzustellen, dass die Kräfte der Nanotechnologie zum Guten und nicht zum Bösen genutzt werden.

Doch überwiegt in diesem Fall nicht das Gute, das Nanoroboter für die menschliche Gesundheit, die Technik, die Umwelt und den mikroskopischen Sport bringen können, definitiv die Risiken?

Was wird Ihrer Meinung nach der spannendste Einsatz der Nanotechnologie sein? Haben Sie Bedenken bezüglich der Verwendung?

Bildnachweis: Lego-DNA von Michael Knowles über Flickr, Mirexon über Shutterstock.com; ktsdesign über Shutterstock.com