Capitolo 1 : Nanorobotica
La robotica nanoide, o forma abbreviata, nanorobotica, nota anche come nanobot, è un campo tecnologico emergente che crea macchine o robot i cui componenti sono alla scala di un nanometro (10-9 metri).
Le nanomacchine sono ancora in fase di ricerca e sviluppo per la maggior parte. Un possibile utilizzo delle nanomacchine è il rilevamento e il monitoraggio delle concentrazioni di sostanze chimiche nocive nell'ambiente. I ricercatori della Rice University hanno dimostrato che un veicolo a singola molecola che utilizza i buckminsterfullereni (noti anche come buckyballs) per le sue ruote. Il veicolo è stato creato con una tecnica chimica. Si attiva regolando la temperatura dell'ambiente circostante e regolando la posizione della punta di un microscopio a effetto tunnel.
Un'ulteriore definizione di nanorobot è un robot in grado di manipolare con precisione oggetti su scala nanometrica o in grado di interagire con le cose a livello di scala nanometrica. Questi tipi di strumenti sono più strettamente associati alla microscopia o alla microscopia a scansione di sonda che al concetto di nanorobot come macchine molecolari. Quando si utilizza la definizione di microscopia, anche un'enorme attrezzatura come un microscopio a forza atomica può essere considerata uno strumento nanorobotico se è impostato per eseguire la nanomanipolazione. Secondo questo punto di vista, possono essere considerati nanorobot anche robot di dimensioni maggiori, come i microrobot o i macrorobot, che sono in grado di muoversi con precisione su scala nanometrica.
Secondo Richard Feynman, il suo ex studente laureato e collega Albert Hibbs fu colui che per primo propose (intorno al 1959) l'idea di utilizzare le micro-macchine teoriche di Feynman in campo medico. Hibbs era un collaboratore di Richard Feynman (vedi macchina biologica). Hibbs ha proposto che alcuni dispositivi di riparazione potrebbero un giorno essere ridotti al punto in cui sarebbe possibile, in linea di principio, "inghiottire il chirurgo". Feynman ha usato una frase simile per descrivere questo scenario ipotetico. Il concetto è stato incluso nell'articolo di Feynman intitolato "C'è molto spazio in fondo" scritto nel 1959.
A causa del fatto che i nano-robot sarebbero di dimensioni ridotte, è probabile che un numero molto elevato di essi avrebbe bisogno di collaborare per completare compiti su scala microscopica o macroscopica. In numerose opere di fantascienza, appaiono sciami di nano-robot. Questi sciami di nano-robot possono non essere in grado di replicarsi, come nel caso della nebbia di utilità, o possono replicarsi senza restrizioni nel loro ambiente naturale, come nel caso della melma grigia e della biologia sintetica. Esempi di questi sciami di nano-robot includono le nano-sonde Borg di Star Trek e "The New Breed" dall'episodio di The Outer Limits. In risposta agli scenari di melma grigia che avevano precedentemente contribuito a propagare, alcuni sostenitori della nanorobotica ora sostengono che i nano-robot che sono in grado di replicarsi al di fuori di un ambiente di fabbrica ristretto non sono una componente necessaria di una nanotecnologia presumibilmente produttiva, e che il processo di auto-replicazione, se mai dovesse essere sviluppato, potrebbe essere reso intrinsecamente sicuro. Questa visione è una reazione agli scenari di melma grigia che in precedenza avevano contribuito a propagare. Essi sostengono anche che i loro attuali piani per la costruzione e l'uso della produzione molecolare non implicano in realtà replicatori a foraggiamento libero. Questo è qualcosa che affermano. Alcune di queste conversazioni rimangono al livello di un'ampia generalizzazione che non può essere costruita e non raggiunge il livello dell'ingegneria tecnica.
Un documento che include una proposta sullo sviluppo della nanobiotecnologia utilizzando approcci tecnologici di progettazione aperti, come l'hardware open source e il software open source, è stato inviato all'Assemblea Generale delle Nazioni Unite. Il documento contiene la proposta. Secondo il documento presentato alle Nazioni Unite, allo stesso modo in cui l'open source ha fatto progredire lo sviluppo dei sistemi informatici negli ultimi anni, un approccio simile dovrebbe avvantaggiare la società in generale e accelerare lo sviluppo della nanorobotica. L'uso della nanobiotecnologia dovrebbe essere codificato come parte dell'eredità umana da tramandare alle generazioni future, e dovrebbe essere sviluppato come una tecnologia aperta con principi etici che fungano da base per l'uso in sforzi pacifici. È stato suggerito che la tecnologia aperta è una componente fondamentale per raggiungere tale obiettivo.
Una corsa ai nanorobot è ora in corso, ed è guidata dalla ricerca e dallo sviluppo tecnologico allo stesso modo in cui lo erano la corsa allo spazio e la corsa alle armi nucleari.
È un'impresa molto difficile produrre nanomacchine realizzate con componenti molecolari. A causa del grado di complessità, un gran numero di scienziati e ingegneri continua a collaborare in altri campi di studio al fine di realizzare scoperte in questa area emergente di sviluppo. Pertanto, è abbastanza facile comprendere il significato dei vari processi di produzione che vengono ora utilizzati nella produzione di nanorobot:
Un approccio alla fabbricazione di nanorobot per compiti medici comuni, come strumenti chirurgici, diagnostica e somministrazione di farmaci, potrebbe essere concepibile attraverso l'uso combinato di nanoelettronica, fotolitografia e nuovi biomateriali. [ Citazione necessaria ] [Citazione necessaria].
Un robot ad acido nucleico, spesso noto come nubot, è una macchina molecolare fatta di materiale organico che opera su scala nanometrica. nonostante il fatto che non fornisca una teleoperazione accurata dei prototipi progettati mentre sono in vivo.
Ci sono stati molti articoli che indicano come i motori molecolari sintetici possano essere attaccati alle superfici. E' stato dimostrato che queste nanomacchine fondamentali, quando limitate alla superficie di un materiale macroscopico, si comportano in modo simile a quello delle macchine. I motori ancorati in superficie hanno il potenziale per essere utilizzati in modo simile a quello di un nastro trasportatore allo scopo di spostare e posizionare materiali su scala nanometrica su una superficie.
Nanofactory Collaboration, con l'obiettivo particolare di stabilire una meccanosintesi del diamante controllata in posizione e una nanofabbrica di diamantoidi che avrebbe il potenziale di produrre nanorobot medici diamantoidi.
Nel settore in rapido sviluppo dei sistemi bio-ibridi, i componenti strutturali biologici e sintetici vengono riuniti per l'uso in applicazioni biomediche o robotiche. I componenti che compongono i sistemi bio-nanoelettromeccanici (BioNEMS), come il DNA, le proteine e le parti meccaniche nanostrutturate, hanno tutti una dimensione su scala nanometrica. La scrittura diretta delle caratteristiche su scala nanometrica è resa possibile dal resist dei fasci di tiolo-ene, che è poi seguito dalla funzionalizzazione della superficie del resist naturalmente reattivo con biomolecole.
L'uso di microrganismi biologici, come il batterio Escherichia coli, è suggerito da questo metodo. Pertanto, un flagello viene utilizzato ai fini della propulsione del modello. I campi elettromagnetici sono spesso responsabili del controllo dei movimenti di dispositivi biologici integrati di questo tipo. Un misuratore di umidità è stato sviluppato dai chimici dell'Università del Nebraska che hanno fuso un batterio con un chip di silicio per produrre il dispositivo.
È possibile riqualificare i retrovirus per attaccarsi alle cellule e sostituire il DNA. Al fine di trasmettere materiale genetico impacchettato in un vettore, si impegnano in una procedura nota come trascrizione inversa. I gatti sono stati utilizzati per testare l'efficacia di questi vettori di terapia genica, che rilasciano geni nell'organismo geneticamente modificato (OGM), portandolo ad esprimere la caratteristica in questione.
La stampa in tre dimensioni, o stampa 3D, si riferisce alla pratica di costruire oggetti tridimensionali combinando una serie di tecniche di produzione additiva.
La stampa 3D di oggetti su scala nanometrica utilizza molti degli stessi processi, integrati su una dimensione un po' più gestibile.
Per stampare una struttura in scala 5-400 µm, è necessario aumentare significativamente la precisione della macchina da stampa 3D.
Una tecnica di stampa 3D che si svolge in due fasi, come modo per apportare miglioramenti, è stato introdotto l'uso della stampa 3D e delle lastre incise al laser.
Quando si tratta di progettare e costruire macchine su scala nanometrica con elementi mobili, ci sono una serie di ostacoli e ostacoli che devono essere superati. La necessità di sviluppare strumenti estremamente precisi e metodi di manipolazione in grado di assemblare singole nanostrutture con grande precisione in un dispositivo funzionante è forse la più evidente di queste sfide. Un problema meno evidente è associato alle idiosincrasie dell'adesione e dell'attrito su scala nanometrica. Non è possibile ridimensionare semplicemente un progetto esistente per un dispositivo macroscopico che ha elementi mobili su scala nanometrica. A causa dell'elevata energia superficiale delle nanostrutture, un tale approccio non avrà successo. Questa elevata energia superficiale implica che tutti i componenti che si toccano si aggrapperanno insieme in conformità con il principio di minimizzazione dell'energia. Poiché l'adesione e l'attrito statico tra i componenti potrebbero rapidamente superare la resistenza dei materiali, è probabile che i pezzi si frantumino prima di iniziare a muoversi l'uno rispetto...
