Nanorrobótica

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Nanorrobótica es el tecnología emergente campo creando máquinas o robots cuyos componentes están en o cerca de la escala de un nanómetro (10−9 metros).[1][2][3] Más específicamente, nanorrobótica se refiere a la nanotecnología disciplina de ingeniería de diseño y construcción nanorobots, con dispositivos que varían en tamaño de 0.1 – 10 micrómetros y construida de nanoescala o componentes moleculares.[4][5] Los nombres nanobots, nanoides, nanos, nanomáquinas o nanomitas también han utilizado para describir estos dispositivos actualmente en investigación y desarrollo.[6][7]

Nanomáquinas son en gran medida en la fase de investigación y desarrollo,[8] Pero algunos primitivo máquinas moleculares y nanomotors han sido probados. Un ejemplo es tener un interruptor de aproximadamente 1,5 nanómetros, un sensor capaz de contar de determinadas moléculas en una muestra química. Las primeras aplicaciones útiles de nanomáquinas podrían estar en tecnología médica,[9] que podría utilizarse para identificar y destruir las células cancerosas.[10][11] Otra aplicación posible es la detección de sustancias químicas tóxicas y la medida de sus concentraciones, en el medio ambiente. Universidad Rice ha demostrado una una sola molécula coche desarrollado por un proceso químico e incluyendo buckyballs para las ruedas. Se acciona mediante el control de la temperatura ambiente y colocando un microscopio de efecto túnel punta.

Otra definición es un robot que permite interacciones de precisión con objetos de escala nanométrica, o se puede manipular con resolución de nanoescala. Estos dispositivos están más relacionados con Microscopía o Microscopía de sonda, en lugar de la descripción de nanorobots como máquina molecular. Siguiendo la definición de microscopía incluso un aparato grande como un microscopio de fuerza atómica puede ser considerado un instrumento de nanorobotic cuando se configura para realizar nanomanipulación. Para esta perspectiva, macroescala robots o microrobots que puede moverse con precisión de escala nanométrica puede también ser considerado nanorobots.

Contenido

  • 1 Teoría nanorrobótica
  • 2 Enfoques
    • 2.1 Biochip
    • 2.2 Nubots
    • 2.3 Sistemas de superficie-limite
    • 2.4 Nanoassembly posicional
    • 2.5 Basado en las bacterias
    • 2.6 Tecnología abierta
    • 2.7 Nanorobot carrera
  • 3 Aplicaciones potenciales
    • 3.1 Nanomedicina
  • 4 Referencias
  • 5 Lectura adicional
  • 6 Enlaces externos

Teoría nanorrobótica

Según Richard Feynman, era su ex estudiante graduado y colaborador Albert Hibbs que originalmente sugirió a él (circa 1959) la idea de un médicos uso de minicoches teórica de Feynman (véase nanotecnología). Hibbs sugiere que ciertos reparación máquinas podrían un día ser reducido en tamaño hasta el punto que sería, en teoría, ser posible (como Feynman) "golondrina al doctor". La idea fue incorporada al ensayo de Feynman 1959 Hay un montón de espacio en la parte inferior.[12]

Desde nanorobots sería de tamaño microscópico, probablemente sería necesario para una gran cantidad de ellos a trabajar juntos para llevar a cabo tareas microscópicas y macroscópicas. Estos enjambres nanorobot, tanto aquellos incapaces de replicación (como en niebla de utilidad) y aquellos capaces de replicación sin restricciones en el ambiente natural (como en goo gris y sus variantes menos comunes[aclaración necesitado]), se encuentran en muchas historias de ciencia ficción, tales como la Borg nanosondas en Star Trek y Los límites exteriores episodio La nueva raza.

Algunos defensores de la nanorrobótica, en reacción a la goo gris escenarios que antes ayudó a propagar, sostienen la opinión que nanorobots capaces de replicación fuera de un ambiente de fábrica restringida no forman una parte necesaria de una pretendida productiva nanotecnología, y que el proceso de replicación automática, si alguna vez llegara a ser desarrollado, podría hacerse intrínsecamente seguro. Otros afirman que sus planes actuales para desarrollar y utilizar la fabricación molecular no incluyen en realidad libre-forrajeo Replicantes.[13][14]

La discusión teórica más detallada de nanorrobótica, incluyendo temas de diseño específico como detección, comunicación de energía, navegación, manipulación, locomoción y cómputo a bordo, se ha presentado en el contexto médico de nanomedicina por Robert Freitas. Algunas de estas discusiones permanecen en el nivel de generalidad unbuildable y no se acerquen a nivel de ingeniería de detalle.

Enfoques

Biochip

Artículo principal: Biochip

El uso conjunto de nanoelectrónica, Fotolitografíay lo nuevo Biomateriales prevé un posible enfoque para la fabricación de nanorobots para aplicaciones médicas comunes, tales como entrega de instrumentación, diagnóstico y drogas quirúrgica.[15][16][17] Este método para la fabricación a escala de la nanotecnología está actualmente en uso en la industria electrónica.[18] Así, prácticas nanorobots deben integrarse como dispositivos de nanoelectrónica, que permitirán a tele-operación y capacidades avanzadas para la instrumentación médica.[19][20]

Nubots

Artículo principal: Máquina de ADN

Nubot es una abreviatura de "robot de ácido nucleico". Nubots son máquinas moleculares orgánicos a escala nanométrica.[21] Estructura del ADN puede proporcionar medios para montar dispositivos nanomecánicos 2D y 3D. Máquinas de ADN base pueden ser activadas usando pequeñas moléculas, proteínas y otras moléculas de ADN.[22][23][24] Puertas de circuitos biológicos basadas en ADN materiales han sido diseñadas como máquinas moleculares para permitir la entrega de la droga in vitro por problemas de salud específicos.[25] Tales sistemas basados en material funcionaría más estrechamente a biomaterial inteligente sistema fármacos,[26] permitiendo no precisa teleoperación en vivo de estos prototipos diseñados.

Sistemas de superficie-limite

Varios informes han demostrado el accesorio de motores moleculares sintéticos a las superficies.[27][28] Estas nanomáquinas primitivos han demostrado someterse a movimientos de la máquina-como cuando está confinada a la superficie de un material macroscópico. Los motores anclados superficies potencialmente podrían utilizarse para mover y colocar materiales nanométricos sobre una superficie en la forma de una cinta transportadora.

Nanoassembly posicional

Colaboración de Nanofactory,[29] fundada por Robert Freitas y Ralph Merkle en 2000 y que implican 23 investigadores de 10 organizaciones y 4 países, se centra en el desarrollo de una agenda de investigación práctica[30] específicamente orientada al desarrollo de diamante posicionalmente controlado mecanosíntesis y un diamondoid nanofactory que tendría la capacidad de construir nanorobots médica diamondoid.

Basado en las bacterias

Este enfoque propone el uso de microorganismos biológicos, como el bacteria Escherichia coli.[31] Por lo tanto el modelo utiliza un flagelo para propósitos de propulsión. Campos electromagnéticos normalmente controlar el movimiento de este tipo de dispositivo integrado biológico.[32] Químicos en la Universidad de Nebraska han creado un medidor de humedad mediante la fusión de una bacteria a un chip de silicona.[33]

Tecnología abierta

Un documento con una propuesta sobre el uso de desarrollo nanobiotech enfoques de tecnología abierta ha sido dirigido a la Asamblea General de las Naciones Unidas.[34] Según el documento enviado a la UN, de la misma forma que Open Source en los últimos años ha acelerado el desarrollo de sistemas informáticos, un enfoque similar debe beneficiar a la sociedad en general y acelerar el desarrollo de nanorrobótica. El uso de nanobiotecnología debe ser establecido como un patrimonio de la humanidad para las generaciones venideras y desarrollado como un abrir la tecnología basado en ética prácticas para pacífica propósitos. Tecnología abierta se indica como una clave fundamental para ese objetivo.

Nanorobot carrera

De la misma manera que desarrollo de la tecnología tenía el carrera espacial y carrera de armamentos nucleares, se está produciendo una carrera de nanorobots.[35][36][37][38][39] Hay un montón de tierra permitiendo nanorobots ser incluido entre los tecnologías emergentes.[40] Algunas de las razones están que grandes corporaciones, tales como General Electric, Hewlett-Packard, Synopsys, Northrop Grumman y Siemens recientemente han estado trabajando en el desarrollo e investigación de nanorobots;[41][42][43][44][45] los cirujanos están involucrados y a partir de proponer maneras de aplicar nanorobots para procedimientos médicos comunes;[46] las universidades e institutos de investigación fueron otorgados fondos por agencias gubernamentales superiores a $ 2 billones para la investigación desarrollo de nanodispositivos para la medicina;[47][48] los banqueros están invirtiendo también estratégicamente con la intención de adquirir derechos de antes y regalías en nanorobots futura comercialización.[49] Ya han surgido algunos aspectos del nanorobot litigios y cuestiones conexas vinculadas al monopolio.[50][51][52] Un gran número de patentes ha sido otorgado recientemente en nanorobots, hecho en su mayoría por agentes de patentes, empresas especializadas únicamente en la creación de cartera de patentes y abogados. Después de una larga serie de patentes y, eventualmente, litigios, véase por ejemplo el Invención de la Radio o por el Guerra de corrientes, los campos emergentes de tecnología tienden a convertirse en un monopolio, que normalmente está dominado por las grandes corporaciones.[53]

Aplicaciones potenciales

Nanomedicina

Artículo principal: Nanomedicina

Aplicaciones potenciales para nanorrobótica en medicina incluyen el diagnóstico precoz y fármacos específicos para cáncer,[54][55][56] instrumentación biomédica,[57] cirugía,[58][59] farmacocinética[60] seguimiento de diabetes,[61][62][63] y cuidado de la salud.

En dichos planes de futuros nanotecnología médica se espera que emplear nanorobots inyectada al paciente para realizar el trabajo a nivel celular. Estos nanorobots destinado al uso en la medicina debe ser no replicativa, como replicación innecesariamente aumentar la complejidad del dispositivo, redujera confiabilidad e interferir con la misión médica.

Nanotecnología ofrece una amplia gama de nuevas tecnologías para el desarrollo de soluciones personalizadas que optimizan la entrega de productos farmacéuticos. Hoy en día, nocivos efectos secundarios de tratamientos tales como quimioterapia suelen ser el resultado de métodos de entrega de drogas que no precisar sus células objetivo con precisión.[64] Investigadores de Harvard y MIT, sin embargo, han sido capaces de fijar especial ARN filamentos, mide casi 10 nm de diámetro, a las nano-partículas, llenándolos con un fármaco de quimioterapia. Son atraídos por estas hebras de RNA células cancerosas. Cuando la nanopartícula encuentra una célula cancerosa, se adhiere a él y libera la droga en la célula cancerosa.[65] Esto dirige método de entrega de la droga tiene un gran potencial para el tratamiento de pacientes con cáncer y evitar efectos negativos (comúnmente asociados con la entrega de indebido de drogas).[66]

Otra aplicación útil de nanorobots es ayudar en la reparación de las células del tejido junto a glóbulos blancos.[67] El reclutamiento de células inflamatorias o glóbulos blancos (que incluyen neutrófilos, linfocitos, monocitos y células del mástil) a la zona afectada es la primera respuesta de los tejidos a la lesión.[68] Debido a su pequeño tamaño nanorobots podrían adhieren a la superficie de las células blancas reclutadas, a exprimir su salida a través de las paredes de vasos sanguíneos y llega en el sitio de la lesión, donde pueden ayudar a en el proceso de reparación de tejido. Determinadas sustancias posiblemente pueden ser utilizados para acelerar la recuperación.

La ciencia detrás de este mecanismo es bastante compleja. Paso de las células a través de la sangre endotelio, un proceso conocido como transmigración, es un mecanismo que implica compromiso de receptores de superficie celular de las moléculas de adhesión, una fuerza activa y dilatación de las paredes de los vasos y deformación física de la migración de las células. Adhiriéndose a migrar inflamatoria las células, los robots pueden en efecto "un aventón" a través de los vasos sanguíneos, evitando la necesidad de un mecanismo complejo transmigración de los suyos.[67]

Los E.E.U.U. FDA regula actualmente nanotecnología sobre la base de tamaño.[69]La FDA también regula lo que actúa por medios químicos como una droga y que actúa por medios físicos como un dispositivo.[70]Las moléculas individuales también pueden utilizarse como máquinas de Turing, como sus homólogos de cinta mayores papel capaz de cómputo universal y ejercer fuerzas físicas (o químicas) como resultado de ese cálculo. Se están desarrollando sistemas de seguridad para que si una carga de droga debía ser liberado accidentalmente, la carga sería inerte u otra droga sería liberado luego para contrarrestar el primero. Pruebas toxicológicas se convierte en convolved con software validación en tales circunstancias.Con nuevos avances en nanotecnología estos pequeños dispositivos están siendo creados con la capacidad de autorregularse y ser más ' inteligente' que las generaciones anteriores. Como nanotecnología se torna más complejo, ¿cómo distinguirá agencias reguladoras una droga desde un dispositivo?[70] Las moléculas de droga deben someterse a más lento y más costoso probando (por ejemplo, preclínica toxicológica probando) que los dispositivos y las vías reguladoras para dispositivos son más simples que por drogas. Tal vez smartness, si satisface, algún día se utilizará para justificar una clasificación de dispositivo de una sola molécula nanomáquinas. Dispositivos generalmente están aprobados más rápidamente que las drogas, para que clasificación de dispositivo podría ser beneficioso para los pacientes y los fabricantes.

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Lectura adicional

  • Haken, Hermann; Paul, Levi (2012). Agentes sinérgicos. Desde sistemas multi-robots a la robótica Molecular. Weinheim: Wiley-VCH. ISBN978-3-527-41166-5.

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