Създаване на нанороботи. Първите в света умни нанороботи, създадени в Русия

Нанотехнологичен робот наномашина (нанит), чиито размери се измерват в нанометри Биотехнологични теми EN нанобот … Наръчник за технически преводач

нанобот

Нано съоръжения Нанороботите или наноботите са роботи, сравними по размер с молекула (по-малко от 10 nm), имащи функциите на движение, обработка и предаване на информация, изпълнение на програми. Наноботите, способни да създават свои копия, това е ... ... Уикипедия

Нанотехнологии- (Нанотехнология) Съдържание Съдържание 1. Дефиниции и терминология 2.: история на възникване и развитие 3. Основни положения Сканираща сондова микроскопия Наноматериали Наночастици Самоорганизация на наночастици Проблемът с образуването ... ... Енциклопедия на инвеститора

Съществува., брой синоними: 2 нанобота (1) робот (29) Синонимен речник на ASIS. В.Н. Тришин. 2013 ... Речник на синонимите

нанобот- Nanobot Nanobot (нанобот) Софтуерно контролирано наномащабно устройство, създадено с помощта на молекулярна технология и притежаващо достатъчна автономност. Тези хипотетични устройства, измерващи единици и десетки нанометри, могат да ... ... Обяснителен англо-руски речник по нанотехнологии. - М.

наноробот Обяснителен англо-руски речник по нанотехнологии. - М.

наноробот- Наноробот Наноробот (наноробот) Роботи, създадени от наноматериали и сравними по размер с молекула (по-малко от 10 nm), притежаващи функциите на движение, обработка и предаване на информация, изпълнение на програми. Нанороботи, способни да създават свои собствени ... ... Обяснителен англо-руски речник по нанотехнологии. - М.

Книги

• Nanoskazochka, Сергей Лукяненко, „В определено пространство и време, в една много забавна реалност, някога е живял и е бил Малък нанобот. Той идва от трудолюбивото племе на ешерихия коли, към което са смесили малко ... Категория:

Статия за конкурса "био/мол/текст": Статията описва подходи за разбиране на структурата на клетката - от идеите на теоретичната биология и концепциите за "протеин-машина" до съвременните подходи и открития: нанороботи, микротубули и геномно секвениране. Съвместната, прецизно координирана работа на милиони нанороботи създава онзи уникален феномен, който наричаме живот.

Генерален спонсор на състезанието е компанията: най-големият доставчик на оборудване, реактиви и консумативи за биологични изследвания и производство.

Спонсор на Наградата на публиката и партньор на номинацията „Биомедицината днес и утре” беше фирма „Инвитро”.

„Книга” спонсор на конкурса – „Алпина нехудожествена литература”

Цитология - наука за клетката

Фигура 4. Корицата на книгата от Ервин Бауер

Разбира се, в известен смисъл звездата също е „процес“, като клетка: звездата превръща водорода в хелий и в крайна сметка, когато цялото гориво в нея изгори, тя „умира“. И дори най-обикновената табуретка, ако я погледнете внимателно, не остава завинаги така, както е направена: боята се отлепва от нея, дървото постепенно изсъхва или изгнива, крепежните елементи се разхлабват ... Но жива клетка ( и жив организъм като цяло) е фундаментално различен от тези мъртви неща.

Замисляли ли сте се защо камъкът безразлично се подчинява на действието на външна сила, а живото същество се съпротивлява? Защо пръчката се носи по течението, а рибата, която отива да хвърля хайвера си, върви на десетки километри срещу нея? Защо в крайна сметка ние с вас можем да определяме собственото си поведение, преодолявайки препятствията, които външният свят ни поставя?

Първата сериозна стъпка към разбирането на тези неща е направена от съветския биофизик Ервин Бауер, който излага принципа на стабилното неравновесие:

„... живите системи никога не са в равновесие и поради своята свободна енергия непрекъснато извършват работа срещу равновесието, изисквано от законите на физиката и химията при съществуващи външни условия» (фиг. 4).

С други думи, "живата система" в известен смисъл нарушава законите на физиката и химията! Но тя ги нарушава само с тяхна помощ. Един жив обект, използвайки химикали и физически взаимодействия, е в състояние да преодолее гравитацията, да се бори с потока вода и въздух, да направи вредните вещества полезни (например ужасния окислител кислород, който от гледна точка на химията не е по-добър от хлор, ни дава възможност да дишаме и благодарение на това да придобиваме енергия; като цяло историята на борбата с окислителните радикали е представена в статията „ Приказен комикс за голямата битка между радикалите и антиоксидантите» ).

Но „равновесие“ не е само състояние, в което например везните са уравновесени и спират да се люлеят. Газът е в равновесие, когато изтича от цилиндъра във въздуха на помещението и се смесва с атмосферата. Печката е в равновесие с околния въздух, когато напълно отдаде топлината си. Клонът на физиката - науката за термодинамиката - гласи, че когато система, състояща се от много молекули, се стреми към равновесие, безпорядъкът (хаосът) се увеличава в тази система. Мярката за хаоса се нарича " ентропия". В затворени системи ентропията може само да нараства. Но живите клетки са отворени, а не затворени системи. Следователно те могат да устоят на нарастването на ентропията. Работейки срещу баланса, живите същества въвеждат ред в света и всяка секунда се борят с хаоса, който ги завладява от всички страни. Лисиците копаят норка и бягат от зимния студ в нея, бобрите изграждат бентове и повишават нивото на водата, която сама се стреми да се разлее върху самолета възможно най-тънко.

Всеки жив организъм създава такова чудо всяка секунда. Но всяка жива клетка се държи по абсолютно същия начин. Използвайки примера на неговото поведение, което е по-просто от поведението на големите организми (въпреки че клетъчното поведение не е толкова просто, колкото изглежда), може да се опитаме да разберем какво е животът и как точно се бори с „равновесието“.

Цитологията напредва

Нанороботи - фантазия и реалност

В края на миналото хилядолетие американският учен Ерик Дрекслър, вдъхновен от откритията в областта на нанотехнологиите, стана известен със своите по същество научнофантастични книги, в които мечтаеше скоро да бъдат построени „наносемблери“, способни да сглобяват всичко директно от атоми.. По-специално той пише за "нанороботи", които могат да вършат полезна работа за човешкото здраве - да почистват кръвоносните съдове, да унищожават раковите клетки и да се борят с бактериите.

Нещо подобно предрича през 1931 г. детският писател Борис Житков в научнофантастичния си разказ Микроръце. Героят на историята направи устройство, което позволява операции с отделни клетки. От ръцете на човек усилията бяха прехвърлени на микро-ръце, които можеха да извършват операции, за които дори Левша на Леск не можеше да мечтае! Ето какво написа Житков: Бях поканен да правя най-деликатните операции, където никой хирург не знае как да се обърне. С моите микроръце можех бързо и безотказно да работя под най-силния микроскоп. Извадих и най-малките кълнове на злокачествен тумор от жив организъм, ровех в болно око като в огромна фабрика и нямах край на работата. Но това не ме спря по пътя ми. Исках да направя истински микроръце, така че да мога да хващам частиците материя, от които е направена материята, онези невъобразимо малки частици, които се виждат само в ултрамикроскоп. Исках да навляза в онази област, където човешкият ум губи всякаква представа за размера - изглежда, че вече няма размери, всичко е толкова невъобразимо малко».

Но провалът очакваше героя на историята: в процеса на лов за отделни клетки едно от съществата - "змийската инфузория" - счупи устройството си! Да, и почти му счупих ръката - защото усилията му, сякаш с лоста на Архимед, бяха прехвърлени в микрокосмоса, намалявайки милиони пъти, а силите на микрокосмоса също се увеличиха и оказаха натиск върху ръцете му ...

Известно е, че думата "технология" идва от гръцки " techne” означава „изкуство” и нанотехнологиите потвърждават това: те се сливат с изкуството. Сега специалистите имат възможността да извайват молекулярната структура атом по атом, като скулптура. Откриват се фантастични възможности за свободно творчество. Дизайнерите стават художници-демиурзи, създавайки неща от нулата! Но какво ще стане, ако тези неща излязат извън контрол и започнат да се размножават като злонамерени вируси? Ерик Дрекслър в книгата си "Машини за създаване" доста изплаши читателя с истории за предстоящата победа на "сивата слуз". Той написа, че опасностите от нанотехнологиите не трябва да се подценяват. Сега сме заплашени от нов бич – изкуственият интелект. Но какво ще стане, ако този интелект започне да произвежда чудовища в „нанофабрики“? Художникът Евгений Подколзин за алманаха „Искам да знам всичко“ победи тази ситуация по хумористичен начин (фиг. 5).

Фигура 5. Нанобот конструира чудовище.

рисунка на Евгений Подколзин

Създаването на нови структури в "нанофабрики" вече е под контрола на човека. Контролът е необходим, за да се намалят рисковете от необуздано спонтанно възпроизвеждане на наноструктури, които като в научнофантастичен трилър могат да влязат в битка със земния живот и да унищожат всичко живо на земята, да превърнат планетата в убежище от сива тиня. Имайте предвид, че предпоследната Нобелова награда за химия беше присъдена за работа в областта на нанотехнологиите - така че тази област е много гореща ...

Парен локомотив в джоба ви

Фигура 6. Лев Блуменфелд

Във всяка жива клетка – дори и в такава малка като известната бактерия Ешерихия коли(има около 5 микрона дължина и 1–1,5 микрона в диаметър) - работят милиони протеинови нанороботи. Те извършват всички дела, необходими за живота на клетъчната държава. Има различни видове нанороботи - пратеници, превозвачи, дизайнери, ремонтници, чистачи.

Разбирането как работят нанороботите не дойде веднага. През шейсетте години на ХХ век биофизиците Дмитрий Чернавски, Юрий Хургин и Саймън Шнол разработиха концепцията за "протеин-машина", чието експериментално потвърждение беше извършено от основателя на катедрата по биофизика на Физическия факултет на Москва Държавен университет (фиг. 6). В своите трудове той пише за неравновесните състояния на протеините и за релаксацията на протеиновата машина в процеса на трансформация на материята в клетката.

Сега това вече е станало обичайно: биофизиците директно заявяват, че протеинът е машина, открити са и молекулярни двигатели ( см., например статията " Протеинови двигатели: в услуга на хората и нанотехнологиите» ). Разбира се, не проста машина, а специална, биологична. Какво изобщо е "машина"? В ежедневието така наричат ​​кола, пералня, машинен инструмент във фабрика, а през деветнадесети век това означаваше парна машина. Но ако мислите научно, тогава машината е система, изградена по план от различни, различни части и предназначена да изпълнява определени функции (такава дефиниция беше дадена някога от академик Иван Артоболевски).

Ензимите и другите нанороботи отговарят точно на това определение: те са изградени по план, заложен в ДНК, и изпълняват строго определени функции. Части от протеини - мономерни молекули - не са подобни една на друга, те имат различна форма и химичен състав. Когато се комбинират различни мономери, се получава голяма органична молекула - полимер. Такива протеинови полимери стават молекулярни машини, нанороботи. Във всеки наноробот-ензим има своя "структурна част" (аналог на леглото на машината) и "активен център" - работен инструмент. Почти като във всеки завод! Но размерите на такива машини нямат аналози в неживата природа.

И ако размерите на машината са необичайни, тогава работата на тези устройства е различна от действията, с които сме свикнали. В крайна сметка почти всичко в наносвета не е същото като в нашия човешки макрокосмос. Не напразно се сетихме за парната машина. Принципите на парната машина са в основата на термодинамиката - науката за преноса и трансформацията на енергия. Това не се случи, защото парната машина беше толкова идеална - просто когато термодинамиката се оформи, нямаше други машини. И устройството му особено ясно демонстрира процесите на преобразуване на енергия.

Без пренос и трансформация на енергия, разбира се, не могат да съществуват организми и отделни клетки. Целият им живот, както писахме по-горе, е постоянен процес на обмен на енергия с околната среда, такъв обмен, при който се извършва определена работа. Само парната машина изпълнява работата си изключително грубо в сравнение с действията на нанороботите. Парната машина работи с огромна маса от молекули (пара или газ). При нагряване тези молекули с цялата си маса се стремят да се освободят (т.е. да постигнат равновесие с външната, студена среда), оказват натиск върху буталото, което блокира пътя им към свободата и извършват работа.

При наномашините е точно обратното. Протеинът наноробот не е в състояние да движи големи обеми материя - но той вижда всяка молекула отделно и е в състояние да управлява енергията, съдържаща се в нея. Представете си, че такива устройства се използват в парен двигател: наноробот „работи“ с всяка молекула пара, улавя я и я влачи на правилното й място, след което я пуска.

Тогава тежкото бутало, хидравличните задвижвания ще станат излишни и цялата машина с мощност от хиляда конски сили може да стане мъничка, с размерите на флашка или чип. Вярно е, че това ще изисква толкова нанороботи, колкото молекули пара или газ има в даден обем, и дори са необходими специални устройства, „обучени“ да работят в тази конкретна професия. И тепърва трябва да търсим такива в природата. Но перспективите са примамливи.

Въпреки това, колкото и магически да изглежда един парен локомотив, който се побира в джоба ви, работата на една истинска жива клетка изглежда още по-фантастично. В края на краищата, парната машина (както всяка друга електроцентрала) използва само желанието на всяко вещество да се балансира с външната среда, а границата на равновесието е така наречената "топлинна смърт на Вселената" - състояние, когато всички обекти на света, от молекулите до галактиките, ще стане по равнотопло или по-скоро също толкова студено и всяко движение ще спре.

Работата на нанороботите има съвсем различен вектор. Те, за разлика от парната машина, не просто използват ентропията, но й се противопоставят според силите си. Лев Блуменфелд пише, че "молекулярната машина" контролира състоянията на отделните молекули. Когато се занимават с молекула на веществото, нанороботите не й позволяват да се движи произволно - те пренасят молекули там, където клетката се нуждае от нейното хранене и растеж, регулират химията и физиката на процесите.

В крайна сметка енергията на парата в котел (или енергията на изгаряне на гориво в автомобилен двигател) е сумата от енергиите на движението на отделни молекули пара или друга „работна течност“. Но когато парната машина "сумира" тези енергии на отделни молекули, тогава възникват неизбежни загуби при "генерализацията". Някои молекули проникват през слотовете на устройството, други летят в ъгъла без никаква полза и т.н. Приблизително същото се случва като при лошо счетоводство в голяма икономика: част от стоките и материалите се влошават в склада, без да участват в производството, друга част се изпраща на грешна дестинация, третата се отнася от гризачи ... Когато работа с милиони и милиарди обекти "свиването и разклащането" са неизбежни. Но те ще станат невъзможни, ако всеки артикул се осчетоводява отделно, ако всичко се осчетоводява и всеки артикул си има складовик.

Разбира се, в нашия свят това не е осъществимо. За нас е по-изгодно да загубим част от продуктите, отколкото да плащаме труда на милиони счетоводители и контрольори. Но наносветът има свои собствени представи за това кое е печелившо и кое нерентабилно. Следователно ефективността на протеиновата машина не е 8 процента, като парен локомотив, а почти 10 пъти повече!

Протеиновите молекулярни машини се различават от класическата машина по още една характеристика. В конвенционална електроцентрала самата машина (нейният механизъм, тяло) и „работната течност“ (вода или бензинова пара) са различни обекти. Нанороботът като правило е едновременно механизъм и работно тяло. Потоци от енергия не протичат покрай нанороботите под формата на пара или огън - те се движат в себе си по време на химични реакции.

Микротубула - източник на мисъл?

Най-разпространеният тип нанороботи са ензими, известни от 19 век. Само ензими, има около пет хиляди разновидности. Това са специални протеини - катализатори на биохимични процеси, които без тяхно участие биха протичали в пъти по-бавно.

Ензимите са протеинови машини с твърда програма. Всеки от тях е адаптиран за решаване на много специфичен проблем. Но всички те, по един или друг начин, са катализатори на химични реакции, тоест помагат за превръщането на едно вещество в друго. По-скоро ензимите просто превръщат една химична реакция, която би трябвало да протече „естествено“ без особена полза за клетката и организма, в друга полезна. Както вече споменахме, те пренасочват реакцията от пътя на най-малкото съпротивление (който дава малко енергия) към пътя, който е труден, но енергийно ефективен.

Друг вид нанороботи са ремонтниците. Въпреки че ДНК е стабилна молекула, тя все още може да бъде повредена. Причината за това е радиация, мутагенни вещества, свободни радикали. Специална роля играе "депуринизацията" - разцепването на азотните основи на молекулата на ДНК, тоест всъщност нейното унищожаване. В едно просто (неживо) решение този процес протича доста бързо и ако същото се случи в клетка, ДНК няма да живее повече от седмица и клетката ще бъде обречена на смърт. Въпреки това, ДНК на всяка човешка клетка губи около пет хиляди пуринови бази на ден. Но в клетката работят специални устройства - репарационни комплекси("reparation" на латински означава "възстановяване"). Те могат да бъдат сравнени с ремонтна бригада на железопътна линия, която непрекъснато обикаля релсите, намира повреди и ги поправя. Репаразите са способни да поправят дори радиационно увреждане на ДНК. Сложността на работата на репаразите (както и на други нанороботи) е възхитителна - компютър трудно може да симулира техните действия. За да се разбере работата на тези устройства, са необходими познания по висша математика и квантова физика.

Процесът на клетъчно делене - било то митоза или мейоза - е един от най-фантастичните процеси във Вселената. Обслужва се от огромен екип от нанороботи. В допълнение към тези, свързани с дублирането на ДНК, в този екип са включени центриолетни нанороботи. Центриолите са вид полюси, около които се усуква "вретеното" на генетичния материал. Те се състоят от 27 цилиндрични елемента - "микротубули" - които се основават на тубулинови протеинови молекули.

В допълнение към работата по възпроизвеждането на клетките, микротубулите участват в създаването на цитоскелета: без тяхната подкрепа клетката би се превърнала в аморфна капка. Микротубулите работят и като тръбопроводи – по тях се пренасят вещества от единия край на клетката до другия.

Изглежда, че ролята на центриолите в работата на клетката е чисто механична. Но именно тези органели американският биолог Гюнтер Албрехт-Бюлер (между другото, физик по образование) нарече „мозъка на клетката“. Друг американски биолог, Стюарт Хамероф, предположи, че именно с микротубулите, които са в основата на структурата на центриолите, е свързано най-удивителното явление в цялата вселена - съзнанието.

Тази идея идва от Хамероф поради факта, че той е анестезиолог по професия. Един прекрасен ден той откри, че някои вещества, които се използват при анестезия (наркоза), променят структурата на нанотръбите, затворени в израстъците на нервните клетки (аксони и дендрити).

Мисълта на Хамероф се развива по следния начин: анестезията е начин за изключване на съзнанието. Прекъснатото съзнание съответства на променени микротубули. Това означава, че микротубулите в тяхната естествена, непроменена форма са носители на "включеното" съзнание.

Вярно е, че по-късно се оказа, че не всички анестетици имат толкова забележим ефект върху микротубулите. Но въпреки това ученият продължи да развива своята теория и в крайна сметка публикува книга, в която твърди, че микротубулите са апаратът за изчисляване и интегриране на информация в мозъка. Ако хипотезата на Хамероф е вярна, се оказва, че сред нанороботите има не само „химици“ и „ремонтници“, но и нанокомпютри. Има и друга хипотеза, основана на факта, че водородната връзка е идеална клетка за кубит(quantum bit - единици на квантовите изчисления) - при него протонът може да се намира както в единия, така и в другия енергиен "кладенец", като прави "квантови скокове" между тях. От тези позиции самото ни съзнание се определя от съвкупността от операции на нанокомпютрите.

Въпреки че други учени не са съгласни с такъв механистичен подход не само към човешкото съзнание, но и към работата на живата клетка. Опровержението или доказването на тази хипотеза е задача на науката на бъдещето, може би не толкова далечно.

Инфузория-обувка, душата на клетката и компютърните алгоритми

Съвместната, прецизно координирана работа на милиони нанороботи създава онзи уникален феномен, който наричаме „живот“. Възможно ли е изкуствено да се възпроизведе такава система? Художникът Евгений Подколзин шеговито изобрази действията на нанороботите в клетка (фиг. 7).

Фигура 7. Работата на нанороботите в клетка.
За да видите снимката в цял размер, щракнете върху нея.

рисунка на Евгений Подколзин

Създаването на живо същество в епруветка е стара мечта на алхимиците. В литературата образът на такъв мечтател е създаден от Гьоте във „Фауст“. През 19 век има опити, наивни от съвременна гледна точка, да се създаде "изкуствена клетка". В днешно време, с обявяването на създаването на изкуствена жива клетка (на която дори е дадено име: Синтия, Синтияна латиница) беше изнесено от Крейг Вентър - главен изпълнителен директор и фирми Human Longevity Inc.. Той успешно участва в програмата "Човешки геном", поставя и решава проблема за създаване на изкуствена ДНК. През 2010 г. той въвежда създаден от него изкуствен геном в едноклетъчен организъм. Mycoplasma mycoides- и този геном, както може да се очаква, е работил, произвеждайки необходимите протеини.

Но твърдението, че е успял да създаде жива клетка, е явно преувеличение. Тази работа може да се сравни със създаването на програма за компютър - но не и със създаването на самия компютър. ДНК е просто програма и ако милиони нанороботи, получени от клетката „по наследство“, не работят в микоплазмата, програмата ще остане просто текст, който никой няма да може да прочете.

Но въпреки успехите и неуспехите на Вентър, изследването на живите клетъчни нанороботи и начина, по който те работят, всъщност отваря изцяло нови възможности за нанотехнологиите. През 1960 г. възникна бионика- "наука за използване на биологични прототипи за намиране на нови технически решения." През 21 век науката вече търси идеи за създаване на нови нанотехнологични устройства в жива клетка. Ето какво прави новата наука на 21 век - нанобионика.

Създаването на истински нанороботи и използването на техните биологични прототипи ще помогне за решаването на проблеми в най-неочаквани области - от медицина до екология и това, което някога се наричаше кибернетика, а сега информационни технологии. Вече се появиха устройства за съхранение на информация, базирани на лекарството Biochrom, използващи способността на фоточувствителен протеин бактериородопсинпроменя своята конформация (пространствено разположение на атомите) при поглъщане на квант светлина. Изобретена е революционна техника, която позволява да се открие дори една (!) РНК молекула във въздушна или течна проба, която може да бъде свързана с инфекция.

Изследванията в областта на нанобиониката ще вдъхнат нов живот на най-интересното научно направление - цитоетология, наука за клетъчното поведение, която се основава на координираното взаимодействие на клетъчни нанороботи. За необходимостта от развитие на изследванията в областта на цитоетологията пише биологът Владимир Александров (фиг. 8), който публикува през 1970 г. статията „ Проблемът за поведението на клетъчно ниво - цитоетология» . В него в епохата на „диалектическия материализъм“ той се осмелява да заяви: „ Клетъчните органели и самите клетки имат своя малка, но душа.».

Наистина, поведението на нанороботите и живите клетки ни кара да се замислим за фундаменталната им разлика от стандартните технически системи. Изглежда невероятно, но може би именно на това ниво възниква свойството на живите системи, което на нивото на организма (особено ярко - при хората) се нарича "свободна воля". Това е много дълбок проблем в пресечната точка на биофизиката, квантовата механика, философията и теологията. Ако сравним жива клетка с компютър, струва си да се замислим дали този компютър е квантов?

Първият известен учен, който предложи модел на квантов компютър, беше Ричард Файнман - същият физик, който в свободното си време от основната си работа, гледаше ресничеста обувка през микроскоп и идеята за квантовите изчисления година преди Файнман е изразено от руския физик Юрий Манин.

Все още не е създаден пълноценен квантов компютър, въпреки че вече има първите работещи модели и са написани програми за такива компютри. Основната разлика между квантовия компютър и обикновения ще бъде работата на принципите не на класическата, а на квантовата механика. Както е известно, квантовата механика допуска такива състояния на материята, които, ако бъдат пренесени в нашия свят, биха изглеждали чудотворни (например едновременното присъствие на една частица на две различни места). Такива квантови ефекти ще формират основата на софтуерните алгоритми за нови компютри. И това ще позволи решаването на такива проблеми, за които днешните "изчислителни машини" не са и мечтали. Квантовият "мозък" за първи път ще може да отговаря на сложността на процесите, протичащи в живата природа - например в една и съща жива клетка.

Сегашните машини могат да работят само с модели, тоест с опростени изображения на реалността. За един квантов компютър биологичната (и например астрономическата) реалност ще бъде трудна за първи път.

Интересното е, че именно сложността на биологичните процеси доведе Фейнман (и неговите сътрудници) до идеята за квантов компютър. Възможно е идеята за създаване на такава машина да е възникнала от неговите наблюдения върху същия парамеций.

Изглежда, че се е получил порочен кръг: физиците смятат живите клетки за квантови компютри, чиято работа може да бъде разбрана само с помощта на квантовите изчисления. Изходът от този кръг е възможен след създаването на истински мощен компютър, базиран на квантови процеси.

Днес такива устройства изискват дълбоко охлаждане и в най-добрия случай могат да се справят с няколкостотин кубита. Освен това инженерите все още не са измислили как да защитят квантовия мозък от електромагнитни и други влияния, към които новият компютър ще бъде много по-чувствителен от персоналните компютри, с които сме свикнали. Очевидно живата клетка пази тайната на квантовата обработка на информацията с много по-голямо количество изчисления, като същевременно има добра защита от външни влияния.

Откриването и изучаването на тези процеси е предизвикателство за новите поколения цитолози и биофизици. Желаем им успех!

Разширена версия на статията се подготвя за публикуване в алманаха „Искам да знам всичко“ (Издателство „Дом детская книга“, Санкт Петербург). Авторитеизказва благодарност на редактора на алманаха Сергей Ивановза ползотворни дискусии, на художника Евгений Подколзинза любезно предоставените снимки и на издателството Алла Насонова- за разрешение за използване на материали от алманаха в тази статия.

Литература

1. Файнман Р.Ф. — Разбира се, че се шегувате, господин Файнман! М .: "Редовна и хаотична динамика", 2001. - 87 с.;
2. Бауер Е.С. Теоретична биология. М.-Л.: издателство ВИЕМ, 1935. - 150 с.;
3. Приказка-комикс за голямата битка между радикали и антиоксиданти;. Протеинови двигатели: в услуга на човека и нанотехнологиите;
4. Цялата теория е на вятъра. (2012). "Лента.Ру";
5. Режабек Б.Г. (1998). Развитие и актуално състояние на идеите за биологични усилватели. Конференция в памет на П.Г. Кузнецова;
6. С геномна светлина: колко е минималният размер на бактериален геном? ;
7. Коган А.Б., Наумов Н.П., Режабек В.Г., Чораян О.Г. Биологична кибернетика. М .: "Висше училище", 1972. - 382 с.;
8. Александров В.Я. Поведение на клетките и вътреклетъчните структури. М .: "Знание", 1975. - 64 с ..

Повечето историци смятат, че физикът Ричард Фейнман и неговата реч от 1959 г. „Има много място там долу“ са създатели на термина. В речта си Файнман си представи ден, когато машините могат да бъдат толкова свити и толкова много информация да бъде кодирана в малки пространства, че от този ден да започнат абсолютно невероятни технологични пробиви.

Но книгата на Ерик Дрекслър Двигатели на сътворението: Настъпващата ера на нанотехнологиите наистина разби тази идея. Drexler представи идеята за самовъзпроизвеждащи се наномашини: машини, които изграждат други машини.

Тъй като тези машини са програмируеми, те могат да се използват за изграждане не само на повече такива машини, но и на каквото пожелаете. И тъй като това изграждане се случва на атомно ниво, тези нанороботи могат да разглобят всеки вид материал (почва, вода, въздух, каквото и да е) атом по атом и да сглобят всичко от него.

Дрекслър е нарисувал картина на свят, в който цялата библиотека на Конгреса може да се побере на чип с размерите на кубче захар и където екологичните скрубери почистват замърсителите направо от въздуха.

Но преди да проучим възможностите на нанотехнологиите, нека научим основите.

Какво " "?

Нанотехнологиите са наука, инженерство и технологии, извършвани в наномащаб, който е между 1 и 100 нанометра. Всъщност това са манипулиране и контрол на материали на атомно и молекулярно ниво.

За да разберете, нека си представим какво е нанометър:

• Съотношението на Земята към детското кубче е приблизително съотношението метър към нанометър.
• Това е милион пъти по-малко от дължината на мравка.
• Дебелината на един лист хартия е приблизително 100 000 нанометра.
• Диаметърът на червените кръвни клетки е 7000-8000 нанометра.
• Диаметърът на ДНК веригата е 2,5 нанометра.

Нанороботът е машина, която може да изгражда и манипулира нещата прецизно и на атомно ниво. Представете си робот, който може да манипулира атоми, както дете може да манипулира тухлички LEGO, изграждайки всичко от основните атомни градивни елементи (C, N, H, O, P, Fe, Ni и т.н.). Докато някои хора отхвърлят бъдещето на наноботите като научна фантастика, трябва да разберете, че всеки от нас е жив днес благодарение на безбройните операции на наноботите в нашите трилиони клетки. Даваме им биологични имена като „рибозоми“, но в основата си те са програмирани машини с функция.

Също така си струва да се направи разграничение между „мокри“ или „биологични“ нанотехнологии, които използват ДНК и машините на живота, за да създадат уникални структури от протеини или ДНК (като строителен материал), и по-нанотехнологиите на Drexlerian, които включват изграждане на „ асемблер", или машина, която се занимава с 3D печат с атоми в наномащаб, за да създаде ефективно всякаква термодинамично стабилна структура.

Нека да разгледаме няколко типа нанотехнологии, с които изследователите се борят.

Различни видове нанороботи и приложения

Като цяло има много нанороботи. Ето само няколко от тях.

• Най-малките възможни двигатели. Група физици от университета в Майнц в Германия наскоро построиха най-малкия едноатомен двигател в историята. Като всеки друг, този двигател преобразува топлинната енергия в движение - но го прави в най-малък мащаб. Атомът е уловен в конус от електромагнитна енергия и лазерите го нагряват и охлаждат, карайки атома в конуса да се движи напред-назад като бутало в двигател.
• 3D движещи се ДНК наномашини. Машинните инженери от Държавния университет в Охайо са проектирали и изградили сложни наномащабни механични части, използвайки "ДНК оригами" - доказвайки, че същите основни принципи на проектиране, които се прилагат за машини в пълен размер, могат да бъдат приложени към ДНК - и могат да произвеждат сложни, контролирани компоненти за бъдещи нанороботи.
• Наноперки. Учени от ETH Zurich и Technion са разработили еластичен "нанофин" под формата на нанотел от полипирол (Ppy), дълъг 15 микрометра (милионни от метъра) и дебел 200 нанометра, който може да се движи през биологична течност със скорост 15 микрометри в секунда. Наноперките могат да бъдат адаптирани да доставят лекарства и да използват магнити, за да ги насочат през кръвния поток, за да се насочат например към раковите клетки.
• Мравка нанозадвижване. Учени от университета в Кеймбридж са разработили малък двигател, способен да упражнява 100 пъти собственото си тегло върху всеки мускул. Нови наномотори могат да доведат до нанороботи, които са достатъчно малки, за да проникнат в живите клетки и да се борят с болестите, казват учените. Професор Джеръми Баумбърг от лабораторията Кавендиш, който ръководи изследването, нарече устройството "мравка". Като истинска мравка, тя може да упражнява сила, много пъти по-голяма от собственото й тегло.
• Микророботи по вид сперматозоиди. Екип от учени от Университета на Твенте (Холандия) и Германския университет в Кайро (Египет) разработи подобни на сперматозоиди микророботи, които могат да бъдат контролирани чрез осцилиращи слаби магнитни полета. Те могат да се използват за сложни микроманипулации и целенасочени терапевтични задачи.
• Роботи базирани на бактерии. Инженерите от университета Drexel са разработили начин за използване на електрически полета, за да помогнат на микроскопични роботи, задвижвани от бактерии, да откриват и навигират препятствия. Приложенията включват доставка на лекарства, манипулиране на стволови клетки за насочване на растежа им или изграждане на микроструктури.
• Наноракети. Няколко екипа от изследователи наскоро построиха високоскоростна версия с дистанционно управление на наномащабни ракети чрез комбиниране на наночастици с биологични молекули. Учените се надяват да разработят ракета, способна да работи във всяка среда; например за доставяне на лекарство в целева област на тялото.

Основните области на приложение на нано- и микромашините

Възможностите за използване на такива нано- и микромашини са почти неограничени. Например:

• Лечение на рак. Откривайте и унищожавайте раковите клетки по-точно и ефикасно.
• Механизъм на доставяне на лекарства. Изградете целеви механизми за доставяне на лекарства за контрол и предотвратяване на болести.
• медицинско изображение. Създаването на наночастици, които се събират в специфични тъкани и след това сканират тялото в процес на ЯМР, може да разкрие проблеми като диабет.
• Нови сензорни устройства. С практически неограничени възможности за персонализиране на сондиращите и сканиращи характеристики на нанороботите, бихме могли да открием нашите тела и да измерваме света около нас по-ефективно.
• Устройства за съхранение на информация. Биоинженер и генетик от института Wyss на Харвард успешно съхрани 5,5 петабита данни - около 700 терабайта - в един грам ДНК, надминавайки предишния рекорд за плътност на данните на ДНК хиляда пъти.
• Нови енергийни системи. Нанороботите могат да играят роля в разработването на по-ефективна система за възобновяема енергия. Или биха могли да направят нашите съвременни машини по-енергийно ефективни по такъв начин, че да се нуждаят от по-малко енергия, за да работят толкова ефективно, колкото преди.
• Свръхздрави метаматериали. Правят се много изследвания в областта на метаматериалите. Екип от Калифорнийския технологичен институт разработи нов тип материал, съставен от наноразмерни подпори, подобни на тези на Айфеловата кула, който е един от най-здравите и леки в историята.
• Интелигентни прозорци и стени. Електрохромните устройства, които динамично променят цвета си, когато се приложи потенциал, се проучват широко за използване в енергийно ефективни интелигентни прозорци - които биха могли да поддържат вътрешната температура на стаята, да се самопочистват и др.
• Микро гъби за почистване на океаните. Гъба от въглеродни нанотръби, способна да абсорбира замърсители на водата като торове, пестициди и фармацевтични продукти, е три пъти по-ефективна от предишните варианти.
• Репликатори. Известни също като „молекулярни асемблери“, тези предложени устройства могат да извършват химични реакции чрез подреждане на реактивни молекули с атомна точност.
• Здравни сензори. Тези сензори могат да наблюдават химията на кръвта ни, да ни уведомяват за всичко, което се случва, да откриват нездравословна храна или възпаление в тялото и т.н.
• Свързване на мозъците ни с интернет. Рей Курцвейл вярва, че нанороботите ще ни позволят да свържем нашата биологична нервна система с облака през 2030 г.

Както виждате, това е само началото. Възможностите са почти безкрайни.

Нанотехнологиите имат потенциала да решат най-големите проблеми, пред които е изправен светът днес. Те биха могли да подобрят човешката производителност, да ни осигурят всички материали, вода, енергия и храна, от които се нуждаем, да ни предпазят от неизвестни бактерии и вируси и дори да намалят броя на причините за нарушаване на мира.

Ако това не е достатъчно, пазарът за нанотехнологии е огромен. До 2020 г. световната нанотехнологична индустрия ще нарасне до пазар от 75,8 милиарда долара.

Други дефиниции описват наноробот като машина, способна да взаимодейства точно с наномащабни обекти или способна да манипулира обекти в наномащаб. В резултат на това дори големи устройства, като микроскоп с атомна сила, могат да се считат за нанороботи, тъй като манипулират обекти в наноразмер. Освен това дори обикновените роботи, които могат да се движат с наномащабна прецизност, могат да се считат за нанороботи.

Технологично ниво

В момента (2009 г.) нанороботите са в изследователски етап на създаване. Някои учени твърдят, че някои компоненти на нанороботи вече са създадени. Редица международни научни конференции са посветени на разработването на компоненти на наноустройства и директно на нанороботи.

Вече са създадени някои примитивни прототипи на молекулярни машини. Например сензор с превключвател от около 1,5 nm, способен да брои отделни молекули в химически проби. Наскоро университетът Райс демонстрира наноустройства за използване при регулиране на химическите процеси в съвременните автомобили.

Един от най-сложните прототипи на нанороботи е "кутията на ДНК", създадена в края на 2008 г. от международен екип, ръководен от Йорген Кемс. Устройството има движеща се част, управлявана чрез добавяне на специфични ДНК фрагменти към средата. Според Kyems устройството може да работи като "ДНК компютър", тъй като е възможно да се реализират логически порти на негова основа. Важна характеристика на устройството е методът му на сглобяване, така нареченото ДНК оригами, благодарение на което устройството се сглобява автоматично.

Теория на нанороботите

Тъй като нанороботите са с микроскопични размери, те вероятно ще се нуждаят от много от тях, за да работят заедно при решаването на микроскопични и макроскопични проблеми. Те разглеждат стада от нанороботи, които не са способни на репликация (така наречената „сервизна мъгла“) и които са способни на саморепликация в околната среда („сива слуз“ и други опции). Нанороботите са широко описани в научната фантастика, като във филма Терминатор 2: Денят на страшния съд роботът T-1000 ясно демонстрира потенциалната употреба на нанороботи във военно оборудване. В допълнение към думата "наноробот" се използват и изразите "нанит", "наноген" и "наномант", но оригиналната версия все още е технически правилният термин в контекста на сериозни инженерни изследвания.

Някои привърженици на нанороботите, в отговор на сценария на сивата слуз, са на мнение, че нанороботите са способни да се репликират само в ограничен брой и в определено пространство на нанофабрика. Освен това все още не е разработен самовъзпроизвеждащ се процес, който би направил тази нанотехнология безопасна. Освен това свободното самовъзпроизвеждане на роботи е хипотетичен процес и дори не се разглежда в настоящите изследователски планове.

молекулярен двигател

Въпреки това има планове за създаване на медицински нанороботи, които ще бъдат инжектирани в пациент и ще изпълняват ролята на безжична комуникация в наномащаб. Такива нанороботи не могат да бъдат произведени чрез самокопиране, тъй като това вероятно ще доведе до грешки при копиране, които могат да намалят надеждността на наноустройството и да променят изпълнението на медицинските задачи. Вместо това се планира нанороботите да се произвеждат в специализирани медицински нанофабрики.

молекулярно витло

Във връзка с развитието на посоката на научните изследвания на нанороботите, въпросите за техния специфичен дизайн сега са най-остри, като сензори, силови връзки между молекулите, навигация, инструменти за манипулиране, задвижващи устройства, молекулярни двигатели и бордови компютър предназначени за решаване на медицински проблеми. Въпреки че повечето от тези задачи все още не са решени и липсват подробни инженерни предложения, беше създадено Сътрудничеството за развитие на нанофабрики, основано от Робърт Фрейтас и Ралф Меркъл през 2000 г., което е фокусирано върху разработването на практическа изследователска програма, която има за цел да създаде контролирана диамантена механосинтетична нанофабрика, която ще може да произвежда медицински нанороботи на базата на диамантени съединения.

Потенциален обхват

Първото полезно приложение на наномашини, ако се появят, е планирано в медицинската технология, където те могат да бъдат използвани за идентифициране и унищожаване на ракови клетки. Те могат също така да откриват токсични химикали в околната среда и да измерват техните нива.

Наноботите в популярната култура

Идеята за нанороботи се използва широко в съвременната научна фантастика.

• Nanobots е посветен на едноименната композиция (Nanobots) на група Re-zone
• Сюжетът на игрите Deus Ex и Deus Ex: Invisible War се основава на широкото използване на нанороботи в бъдещето

Вижте също

Връзки

• Нанороботите – бъдещ триумф или трагедия за човечеството?

Бележки

Фондация Уикимедия. 2010 г.

Синоними:

Вижте какво е "Нанобот" в други речници:

Съществува, брой синоними: 1 наноробот (2) ASIS синонимен речник. В.Н. Тришин. 2013 ... Речник на синонимите

нанобот- Нанотехнологичен робот наномашина (нанит), чиито размери се измерват в нанометри Теми на биотехнологиите EN нанобот … Наръчник за технически преводач

нанобот- Nanobot Nanobot (нанобот) Софтуерно контролирано наномащабно устройство, създадено с помощта на молекулярна технология и притежаващо достатъчна автономност. Тези хипотетични устройства, измерващи единици и десетки нанометри, могат да ... ... Обяснителен англо-руски речник по нанотехнологии. - М.

Нанороботите са роботи, чийто размер е сравним с размера на молекула. Те имат функциите на движение, обработка и предаване на информация, изпълнение на програми, а в някои случаи и възможност за самовъзпроизвеждане.

За първи път американският учен Ким Ерик Дрекслър, който е наричан "баща на нанотехнологиите", говори открито за създаването на нанороботи. Ученият разгледа идеята за създаване на нанороботи в книгата си Machines of Creation. Тук той представи хипотетичен сценарий за съживяване на крионизирани хора. Това е първият теоретик на създаването на молекулярни нанороботи и концепцията за "сивата слуз". Дрекслър участва в изследвания на НАСА върху космически селища през 1975 и 1976 г. Той разработва високоефективни слънчеви панели, базирани на нанотехнологии, и също така участва активно в космическата политика.

През 2010 г. за първи път бяха демонстрирани базирани на ДНК нанороботи, способни да се движат в космоса. И преди това време в тази индустрия постоянно се провеждаха тайни изследвания.

Защо са създадени нанороботите? Според официални данни те могат да окажат неоценима помощ в медицината. Предвижда се тези микроскопични роботи да бъдат инжектирани в пациента и да изпълняват ролята на безжична комуникация и редица други задачи в наноразмер.

Твърди се, че досега нанороботите не са тествани върху хора, но през последните 10-20 години се появиха факти, че нанороботите вече са в тялото на много хора по света, те излизат директно от човешката кожа, унищожават човешки вътрешни клетки, нарушават функционирането на всички системи на тялото.

Няколко изследователи доброволци в областта са сравнили снимки на някои от наноботите, представени в научни публикации, и увеличени снимки с наноботове, извлечени от човешки тела. Снимките са представени по-долу.

Общият фон е снимка на наноробот, извлечен от тялото на американец, който от 13 години наблюдава как тялото му постепенно се унищожава от неразбираеми, очевидно чудодейни същества. Вдясно - снимка на наноробот от научното списание "Advanced Materials".

Въпрос: откъде са се появили в човешкото тяло нанороботи, идентични с представените в научно списание?

И най-лошото е, че такива пациенти стават все повече по света. Никой не дава обяснение за това. Изследванията не продължават. Учени и лекари, които се опитват да направят изследване, умират при мистериозни обстоятелства. Единственото нещо, което някои лекари успяха да разберат, когато анализираха тези нанороботи, открити в телата на хората, е, че те са съставени главно от силикон и привличат много други патогени към себе си.

Нужни ли са човечеството още от нанороботи? За какво всъщност са създадени - знаят само посветените.

Искате ли да се насладите на всички функции на вашия смартфон на вашия телевизор? За да направите това, просто трябва да закупите android tv box. Голям избор от конзоли е представен на сайта https://androidmag.org/. Цените ще ви изненадат.