¿Qué son los nanobots?
La idea de la nanorobótica es aplicar principios biológicos a nanoescala para descubrir nuevos fenómenos y desarrollar robots moleculares programables. La biología sintética rediseña la señalización celular y las redes reguladoras de genes para crear biocomputadoras o robots celulares "in vivo" o "húmedos", dando lugar a otro enfoque de la nanorobótica.
La idea de la nanotecnología fue propuesta por primera vez por el físico teórico ganador del Premio Nobel Richard Feynman en 1959. Fue el primero en proponer el uso de microrobots para tratar enfermedades. Según sus palabras, "se tragó al cirujano". Richard Feynman propuso en su discurso titulado "Hay mucho espacio en el fondo de la materia" que en el futuro los humanos podrán construir una micromáquina del tamaño de una molécula utilizando moléculas o incluso átomos individuales como componentes de construcción. Construir materia en un espacio muy pequeño significa que los humanos pueden fabricar cualquier cosa en el espacio inferior. El objetivo de los químicos y biólogos es cambiar y organizar moléculas a partir de moléculas y átomos. Esto haría que el proceso de producción fuera tan simple que se podrían recombinar grandes cantidades de moléculas para formar objetos útiles.
En su discurso de 1959 "Hay mucho espacio en el fondo", propuso la idea de la nanotecnología. Aunque no utilizó la palabra "nano", en realidad expuso los conceptos básicos de la nanotecnología. ? [1]?
De 65438 a 0990, el profesor Zhou Haizhong, un famoso erudito chino, predijo en el artículo "Sobre robots" que a mediados del siglo XXI, los nanorobots cambiarán por completo el trabajo y el estilo de vida humanos. .
El 1 de julio de 2065 de 438, el derrame de petróleo de Deepwater Horizon en el Golfo de México apareció en la costa de Gulfport, Mississippi, Estados Unidos. Los nanobots son mucho más eficientes que los métodos tradicionales a la hora de responder a desastres ambientales como los derrames de petróleo. ? [1]?
Hipótesis académica
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La idea de la nanobiología es aplicar principios biológicos a nanoescala para descubrir nuevos fenómenos y desarrollar robots moleculares programables, también conocidos como nanorobots. El contenido involucrado se puede resumir en los siguientes cuatro aspectos:
Comprender la estructura fina de las macromoléculas biológicas y su relación con las funciones a nanoescala.
La información sobre la vida se puede obtener a nanoescala. Por ejemplo, se puede obtener información estructural sobre las membranas celulares y las superficies celulares mediante microscopía de efecto túnel.
El desarrollo de nanorobots. Los nanorobots son el aspecto más convincente de la nanobiología. La primera generación de nanorobots es una combinación orgánica de sistemas biológicos y sistemas mecánicos. Este tipo de nanorobot se puede inyectar en los vasos sanguíneos humanos para exámenes de salud y tratamiento de enfermedades. También se puede utilizar para reparar órganos humanos, realizar cirugía plástica, eliminar ADN dañino de genes o instalar ADN normal en genes para permitir que el cuerpo funcione normalmente. La segunda generación de nanorobots es un dispositivo molecular a nanoescala con funciones específicas ensambladas directamente a partir de átomos o moléculas. La tercera generación de nanorobots incluirá una nanocomputadora, un dispositivo para el diálogo entre humanos y máquinas.
El ajuste del nivel nanométrico mata las células cancerosas mutadas. Bajo la guía de un láser externo, calcula e identifica con precisión las células cancerosas con radiación excesiva y utiliza tecnología avanzada de lisis celular biológica para disolver con éxito las células potencialmente enfermas en elementos moleculares químicos. ingresan a las células sanas a través de una verificación precisa mediante sistemas de sensores específicos, completando así la transformación entre células necróticas y células sanas exitosas. ? [2]?
Tecnología patentada
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El surgimiento de la nanobiología es inseparable de la invención de SPM y su aplicación en las ciencias biológicas. Los procesos de la vida se encuentran entre los procesos físicos y químicos más complejos que se conocen. A diferencia de la macrobiología, la nanobiología observa los fenómenos de la vida desde una perspectiva microscópica con el propósito de manipular y modificar moléculas. El desarrollo de la nanobiología pronto ha logrado logros gratificantes. Los científicos biológicos han propuesto muchas ideas nuevas y desafiantes en el campo de la nanobiología. La tecnología de nanobioprocesamiento puede aprender de las células biológicas.
De hecho, cada célula es un ejemplo vivo de la aplicación de la nanotecnología: las células no sólo convierten el combustible en energía, sino que también construyen y activan proteínas y enzimas basándose en la información almacenada en su ADN.
Al recombinar el ADN de diferentes especies, los ingenieros genéticos han aprendido a construir nuevas nanoherramientas, como el uso de células bacterianas para producir hormonas médicas. Basándose en los principios de la patología molecular, los científicos han desarrollado una variedad de nanorobots que pueden ingresar al mundo microscópico humano y se espera que se utilicen para eliminar sustancias nocivas, reparar genes dañados, activar la energía celular, mantener la salud humana y extender la esperanza de vida humana. Los nanorobots médicos todavía se encuentran en la etapa experimental. ? [3]?
Campos de aplicación
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Las ideas audaces de aplicación de la nanotecnología también incluyen: usar nanomáquinas para organizar los átomos de carbono obtenidos uno por uno y convertirlos en diamantes exquisitos; re-descomponer las moléculas de dióxido en sus componentes originales; puesto en la sangre humana, puede detectar automáticamente el colesterol depositado en las paredes de las venas y luego descomponerlo uno por uno en el futuro, las nanomáquinas pueden convertir la hierba cortada en pan... En un sentido completo, el mundo Cada objeto real en el El planeta, ya sea una computadora o un queso, está formado por moléculas; en teoría, las nanomáquinas pueden fabricar todos los objetos.
Diagrama esquemático de la estructura del nanorobot
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Por supuesto, hay diferencia entre la teoría y la aplicación práctica, pero los expertos en nanomaquinaria han demostrado que es factible realizar la aplicación de la nanotecnología. Con la ayuda de microscopios de efecto túnel, los expertos en nanomaquinaria han podido organizar átomos individuales en estructuras nunca vistas en la naturaleza. Además, los expertos en nanomaquinaria han diseñado pequeños engranajes y motores fabricados a partir de unas pocas moléculas. Estos engranajes y motores no deben confundirse con aquellos diminutos hechos de millones de moléculas y construidos utilizando técnicas tradicionales. Estas máquinas son demasiado grandes en comparación con las máquinas que se construirán en el futuro.
Dentro de 25 años, los científicos en nanotecnología esperan implementar estas ideas en vitrinas científicas y crear verdaderas nanomáquinas. Estas nanomáquinas tienen pequeños "dedos" que pueden manejar con destreza varias moléculas, y una pequeña "computadora" que les indica a los "dedos" cómo operar. Los dedos podrían fabricarse con nanotubos de carbono. Su resistencia es 100 veces mayor que la del acero y su finura es 1/50000 de cabello. La "computadora" podría estar hecha de nanotubos de carbono, que sirven como transistores y como cables que los conectan. Las "computadoras" también podrían estar hechas de ADN, y los nanorobots equipados con el software adecuado y lo suficientemente diestros pueden construir cualquier sustancia.
Los nanobots deben utilizar una gran cantidad de nanomáquinas para realizar cualquier tarea, incluida la autorreplicación. Podría haber millones de nanobots en la sangre; se podrían necesitar billones de nanobots para cada sitio de desechos tóxicos, y se podrían movilizar 654,38 mil millones de nanobots para trabajar simultáneamente en la construcción de un automóvil. Sin embargo, ninguna línea de producción puede producir cantidades tan grandes de nanorobots.
Sin embargo, los nanocientíficos consideran que las nanomáquinas pueden hacer precisamente eso. Diseñaron los nanobots para hacer dos cosas: realizar sus tareas principales y hacer réplicas perfectas de ellos mismos. Si el primer nanobot puede hacer dos copias, y cada una de esas dos copias puede hacer dos copias de sí mismo, pronto podrían estar disponibles billones de nanobots.
Pero ¿qué pasa si los nanobots se olvidan de dejar de replicarse? Si, sin alguna señal de parada incorporada, el nanorobot se olvida de dejar de replicarse, las posibles consecuencias de tal desastre serían inmensurables. Los nanorobots se replican rápidamente en el cuerpo humano y pueden cubrir el tejido normal más rápido de lo que se puede propagar el cáncer; un robot loco que produce alimentos puede convertir toda la biosfera de la Tierra en un queso gigante.
Los expertos en nanotecnología no han evitado el peligro, pero creen que pueden controlar el desastre. Un enfoque consiste en diseñar un programa de software que haga que los nanobots se autodestruyan después de replicarse durante varias generaciones. Otro enfoque es diseñar un robot que sólo pueda replicarse en condiciones específicas. Por ejemplo, un robot sólo puede replicarse en presencia de altas concentraciones de sustancias químicas tóxicas o dentro de rangos estrechos de temperatura y humedad.
Al igual que la propagación de virus informáticos, todos estos esfuerzos no impedirán que aquellos con intenciones maliciosas liberen deliberadamente algún tipo de nanobot como arma dañina. De hecho, algunos críticos señalan que los peligros de la nanotecnología pueden superar sus beneficios. Sin embargo, estos beneficios por sí solos son demasiado tentadores. La nanotecnología seguramente superará a las computadoras electrónicas y las drogas genéticas y se convertirá en la dirección del desarrollo tecnológico en el nuevo siglo.
El mundo puede necesitar un sistema inmunológico nanotecnológico, donde la policía de nanorobots esté constantemente luchando contra esos robots maliciosos en el mundo microscópico.
Aplicaciones chinas
Los chinos también pueden jugar con átomos como si fueran piezas de ajedrez. El periodista se enteró por la Academia de Ciencias de China que el Instituto de Automatización de Shenyang de la Academia de Ciencias de China desarrolló con éxito un prototipo de sistema robótico que puede operar a nanoescala, y que pasó la aceptación del grupo nacional de expertos en robots inteligentes "863" en el campo de la automatización. En una demostración, investigadores del Instituto de Automatización de Shenyang manipularon el "nanomicromanipulador" para tallar claramente las tres letras inglesas "SIA" (Instituto de Automatización de Shenyang) en un área de 1×2 micrones sobre un sustrato de silicio. ). Otra demostración mostró a un operador moviendo con precisión un nanotubo de carbono de 4 micrones de largo y 100 nanómetros de espesor dentro de una ranura en un sustrato de silicio de 5 por 5 micrones.
El nanomicromanipulador inscribe caracteres en un sustrato de 10×10 micras.
Las pruebas muestran que durante la operación de caracterización, el error de posicionamiento repetido del robot de nanomicromanipulación en un área de visualización con un ancho de 512 píxeles es inferior a 5 píxeles y la precisión es superior a 1 %. En el funcionamiento de nanotubos de carbono en movimiento, la precisión de posicionamiento repetible alcanzó los 30 nm; sin embargo, en la prueba de posicionamiento basada en puntos de referencia, el error de posicionamiento fue inferior a 4 nm; Los expertos explicaron que 1 nanómetro equivale a 10-9 metros, que es aproximadamente la longitud de 10 átomos de argón dispuestos en línea recta. Las operaciones a nanoescala se denominan "nanomicrooperaciones" y son una parte importante de la nanotecnología. El objetivo es mover, dar forma, tallar y ensamblar nanomateriales a nanoescala según los deseos de la gente. La nanomicromanipulación comenzó en los años 1980. En 1989, los científicos de I-B-M utilizaron un microscopio de efecto túnel (STM) para manipular 35 átomos de xenón para deletrear las letras I-B-M en la superficie del níquel metálico, lo que se convirtió en una sensación y fue pionero en la nanomicromanipulación. Desde entonces, la tecnología de nanomanipulación se ha convertido en una importante dirección estratégica de desarrollo, que ha atraído a varios países a competir por la investigación. Según los investigadores del proyecto, este sistema robótico ha logrado muchos avances e innovaciones en métodos de modelado de sistemas, adquisición y percepción de nanoobservaciones tridimensionales, análisis y compensación de errores a nanoescala, etc., todos los cuales han alcanzado los niveles más avanzados del mundo. nivel. Según los informes, este tipo de nanomicromanipulador puede utilizarse ampliamente en campos como la investigación experimental en nanociencia, la bioingeniería y la investigación experimental médica, la investigación micronanocientífica y la enseñanza. Por ejemplo, en el campo de la investigación biológica, se pueden utilizar nanomicromanipuladores para completar la operación de corte de los cromosomas celulares; también se pueden realizar pruebas bioquímicas y pruebas patológicas y fisiológicas a nivel molecular o de ADN. Además, este tipo de robot también tiene buenas perspectivas de aplicación en el ensamblaje y procesamiento de nanodispositivos en la industria de circuitos integrados, como la operación de nanopartículas, el ensamblaje de dispositivos micro/nanoelectrónicos e incluso nanocircuitos complejos. Esto significa que en el futuro, los ordenadores y electrodomésticos fabricados con nanocircuitos podrán ser "tan pequeños como se quiera" e incluso podrán "meterse entre los dientes"; en el futuro, los microrobots fabricados con tecnología de nanomanipulación también podrán perforar; el cuerpo humano para proporcionar a los pacientes desbloquear los vasos sanguíneos o completar tareas en el mundo microscópico invisible a simple vista que las personas no pueden realizar por sí solas.
Aplicación extranjera
En el éxito de taquilla de ciencia ficción estadounidense "The Sail", los científicos inyectan humanos más pequeños y naves espaciales en el cuerpo humano, lo que permite a estos "visitantes" más pequeños ver directamente el cuerpo humano. La organización y funcionamiento de diversos órganos. Sin embargo, en realidad, basándose en los principios de la patología molecular, los científicos han desarrollado una variedad de nanorobots que pueden ingresar al cuerpo humano y se espera que se utilicen para mantener la salud humana.
Aún se encuentra en fase experimental, variando desde unos pocos milímetros de longitud hasta unas pocas micras de diámetro; pero ¿es seguro que en los próximos años los nanorobots supondrán una revolución médica? [4].
Muchos ingenieros, científicos y médicos creen que los nanorobots médicos tienen un potencial ilimitado, que probablemente incluye: tratar la aterosclerosis, combatir el cáncer, eliminar coágulos de sangre, limpiar heridas, ayudar a la coagulación de la sangre, eliminar parásitos, tratar la gota, triturar riñones. piedras, inseminaciones artificiales y activan la energía celular para que las personas no sólo se mantengan sanas sino que vivan más tiempo.