Nanoroboti neboli nanoboti jsou roboti velikosti srovnatelné s molekulou (méně než 100 nm ), s funkcemi pohybu, zpracování a přenosu informací , provádění programů.
Nanoroboti schopní vytvářet kopie sebe sama, tedy sebereprodukce , se nazývají replikátoři [1] [2] . Takové nanostroje jsou založeny na slavném projevu Richarda Feynmana z roku 1959 „Dole je spousta místa“ . V roce 1986 Eric Drexler vymyslel termín „nanobot“ , když ve své knize Engines of Creation: The Coming Era of Nanotechnology zkoumal možnosti jejich vytvoření .
Jiné definice popisují nanorobota jako stroj schopný přesné interakce s objekty v nanoměřítku nebo schopný manipulovat s objekty v nanoměřítku. Výsledkem je, že i velká zařízení, jako je mikroskop atomové síly, lze považovat za nanoroboty, protože manipuluje s objekty v nanoměřítku. Za nanoroboty lze navíc považovat i běžné roboty, kteří se dokážou pohybovat s přesností nanoměřítek.
Kromě slova „nanorobot“ se používají také výrazy „nanit“ [3] a „nanogen“, nicméně v kontextu seriózního inženýrského výzkumu stále zůstává technicky správným pojmem první možnost.
Vzhledem k tomu, že nanoroboti jsou mikroskopické velikosti, budou jich pravděpodobně potřebovat hodně, aby spolupracovali při řešení mikroskopických a makroskopických problémů. Uvažují o hejnech nanorobotů, kteří nejsou schopni replikace (tzv. " utilitární mlha ") a kteří jsou schopni sebereplikace v prostředí (" grey goo " a další možnosti).
Někteří zastánci nanorobotů v reakci na scénář šedého goo zastávají názor, že nanoroboti jsou schopni replikace pouze v omezeném počtu a v určitém prostoru nanotovárny. Kromě toho musí být ještě vyvinut proces sebereplikace, který by tuto nanotechnologii učinil bezpečnou. Volná sebereplikace robotů je navíc hypotetický proces a v současných výzkumných plánech se s ním ani nepočítá.
Existují však plány na vytvoření lékařských nanorobotů , kteří budou vstříknuti do pacienta a budou plnit roli bezdrátové komunikace v nanoměřítku. Takové nanoroboty nelze vyrobit vlastním kopírováním, protože by to pravděpodobně způsobilo chyby při kopírování, které by mohly snížit spolehlivost nanozařízení a změnit výkon lékařských úkolů. Místo toho se plánuje výroba nanorobotů ve specializovaných lékařských nanofabrikách .
V souvislosti s rozvojem směru vědeckého výzkumu nanorobotů jsou nyní nejpalčivější otázky jejich specifického designu. Jednou z iniciativ k řešení tohoto problému je Nanofactory Development Collaboration [4] , založená Robertem Freitasem a Ralphem Merklem v roce 2000, která se zaměřuje na vývoj praktického výzkumného programu [5] , jehož cílem je vytvořit řízenou diamantovou mechanosyntetickou nano továrnu, která bude schopna vyrábějící lékařské nanoroboty na bázi diamantových sloučenin.
K tomu se vyvíjejí technologie pro snímání, řízení silových spojení mezi molekulami a navigaci. Vznikají projekty a prototypy přístrojů pro manipulaci, pohonné aparatury ( molekulární motory ) a "palubního počítače".
Molekulární motory jsou stroje v nanoměřítku schopné rotace, když je na ně aplikována energie. Hlavním rysem molekulárních motorů je opakující se jednosměrný rotační pohyb, ke kterému dochází při použití energie. Pro dodávku energie se používají chemické, světelné a elektronové tunelovací metody.
Kromě molekulárních motorů vznikají i nanoelektrické motory, designově podobné makroskopickým analogům [6] , konstruují se motory, jejichž princip činnosti je založen na využití kvantových efektů [7] . Vznikají také nanomotory, které běží na vodu [8] .
Nanomobil je nejjednodušší nanorobot, skládající se z jedné [9] nebo několika molekul [10] , schopných samostatného pohybu.[ upřesnit ] Zdrojem energie je externě dodávaný elektrický proud [11] . Vůbec první závod nanomobilů se uskutečnil v roce 2017 [12] .
3D tisk je metoda vytváření fyzického objektu vrstvu po vrstvě z 3D digitálního modelu. 3D tisk v nanoměřítku je v podstatě stejný, ale v mnohem menším měřítku. Aby bylo možné vytisknout strukturu v měřítku 5-400 mikrometrů, musí se výrazně zlepšit přesnost dnešních 3D tiskáren.
Technika, která byla poprvé vyvinuta v Soulu v Jižní Koreji, využívá dvoufázový proces 3D tisku: skutečný 3D tisk a laserové gravírování desek. Pro větší přesnost v nanoměřítku využívá proces 3D tisku laserový gravírovací stroj. Tato technika má mnoho výhod. Za prvé, zlepšuje celkovou přesnost tiskového procesu. Za druhé, tato technika umožňuje potenciálně vytvářet segmenty nanorobotů.
3D tiskárna využívá tekutou pryskyřici, která je vytvrzena přesně na správných místech zaostřeným laserovým paprskem. Ohniskový bod laserového paprsku je směrován skrz pryskyřici pomocí pohyblivých zrcadel a zanechává linii pevného polymeru širokou pouze několik set nanometrů. Toto rozlišení umožňuje vytvářet sochy o velikosti zrnka písku. Tato technika je na standardy 3D nanotisku poměrně rychlá.
První užitečná aplikace nanostrojů, pokud se objeví, je plánována v lékařské technice, kde mohou být použity k identifikaci a zničení rakovinných buněk. Mohou také detekovat toxické chemikálie v životním prostředí a měřit jejich úroveň.
Od roku 2016 jsou nanoroboti ve fázi výzkumu. Někteří vědci tvrdí, že některé součásti nanorobotů již byly vytvořeny [23] [24] [25] [26] [27] . Vývoji komponent nanozařízení a přímo nanorobotů se věnuje řada mezinárodních vědeckých konferencí [28] [29] .
Některé primitivní prototypy molekulárních strojů již byly vytvořeny. Například senzor s přepínačem asi 1,5 nm, schopný počítat jednotlivé molekuly v chemických vzorcích [30] . Nedávno Rice University demonstrovala nanozařízení pro použití při regulaci chemických procesů v moderních autech.
Jedním z nejsložitějších prototypů nanorobotů je „DNA box“, vytvořený na konci roku 2008 mezinárodním týmem vedeným Jörgenem Kyemsem [31] . Zařízení má pohyblivou část ovládanou přidáváním specifických fragmentů DNA do média . Podle Kyemse může zařízení fungovat jako " počítač DNA ", protože na jeho základě je možné implementovat logická hradla . Důležitou vlastností zařízení je jeho způsob sestavení, tzv. origami DNA , díky kterému se zařízení sestavuje automaticky.
V roce 2010 byli poprvé demonstrováni nanoroboti na bázi DNA schopní pohybovat se ve vesmíru [32] [33] [34] .
V létě 2016 se vědcům z Drexel University podařilo vytvořit nanoboty pro rychlé podávání léků žilami. S pomocí elektromagnetického pole dokázali odborníci vyvinout vysokou rychlost u nejmenších robotů. Nový vývoj usnadní posílání léků krevními cévami těla. Jejich zjištění a podrobnosti o vynálezu se odrazily v článku publikovaném Scientific Reports. Elektromagnetické pole působí na roboty a způsobuje jejich rotaci. 13 nanorobotů spojených v řetězci je schopno dosáhnout rychlosti až 17,85 mikrometrů za sekundu. Vědci v průběhu pozorování odhalili rys, který se projevil ve schopnosti rozdělit se na menší řetězce při dosažení maximální rychlosti. Nanoboty lze dokonce nasměrovat různými směry změnou směru magnetického pole [35] [36] .
| Nanotechnologie | |
|---|---|
| Příbuzné vědy | |
| Osobnosti | |
| Podmínky | Nanočástice |
| Technika | |
| jiný |
|
| Robotika | |
|---|---|
| Hlavní články | |
| Typy robotů | |
| Pozoruhodní roboti | |
| Související pojmy | |