나노로봇의 생성. 러시아에서 만든 세계 최초의 스마트 나노로봇

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나노봇

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존재, 동의어 수: 2 나노봇(1) 로봇(29) ASIS 동의어 사전. V.N. 트리신. 2013년 ... 동의어 사전

나노봇- Nanobot Nanobot (nanobot) 분자 기술에 의해 생성되고 충분한 자율성을 갖는 소프트웨어 제어 나노 스케일 장치. 단위 및 수십 나노미터로 측정되는 이러한 가상 장치는 ... ... 나노 기술의 설명 영어-러시아어 사전. - 중.

나노로봇 나노 기술의 설명 영어-러시아어 사전. - 중.

나노로봇- Nanorobot Nanorobot (nanobot) 나노 물질로 만든 로봇으로 분자 크기(10nm 미만)에 필적하며 이동, 정보 처리 및 전송, 프로그램 실행 기능을 가지고 있습니다. 스스로 만들 수 있는 나노로봇 ... ... 나노 기술의 설명 영어-러시아어 사전. - 중.

서적

Nanoskazochka, Sergey Lukyanenko, “특정한 공간과 시간에 아주 재미있는 현실에 작은 나노봇이 살고 있었습니다. 그는 열심히 일하는 Escherichia Koli 부족에서 왔으며 약간 섞였습니다 ... 범주:

"bio/mol/text" 대회 기사: 이 기사는 이론 생물학의 아이디어와 "단백질 기계"의 개념에서 현대적 접근 및 발견(나노로봇, 미세소관 및 게놈 시퀀싱)에 이르기까지 세포 구조를 이해하는 접근 방식을 설명합니다. 수백만 나노 로봇의 정밀하게 조정된 공동 작업은 우리가 생명이라고 부르는 독특한 현상을 만듭니다.

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세포학 - 세포 과학

그림 4. Erwin Bauer의 책 표지

물론 어떤 의미에서 별은 세포와 같은 "과정"이기도 합니다. 별은 수소를 헬륨으로 변환하고 결국에는 그 안의 모든 연료가 타버리면 "죽습니다". 그리고 가장 평범한 의자조차도 자세히 보면 만들어진 그대로 영원히 남아 있지 않습니다. 페인트가 벗겨지고 나무가 점차 건조되거나 썩고 패스너가 느슨해집니다 ... 그러나 살아있는 세포 ( 그리고 살아있는 유기체 전체)는 이러한 죽은 것들과 근본적으로 다릅니다.

왜 돌은 외력의 작용에 무관심하고 생물은 저항하는지 생각해 보셨습니까? 왜 막대기는 흐름에 따라 움직이고 물고기는 산란할 물고기에 반대하여 수십 킬로미터를 이동합니까? 마지막으로 왜 당신과 나는 우리 자신의 행동을 결정할 수 있고, 외부 세계가 우리에게 가하는 장애물을 극복할 수 있습니까?

이러한 것들을 이해하기 위한 첫 번째 진지한 단계는 소련의 생물 물리학자인 Erwin Bauer에 의해 취해졌는데, 그는 안정한 비평형의 원칙을 제시했습니다.

"... 살아있는 시스템은 결코 평형 상태에 있지 않으며 자유 에너지로 인해 기존 외부 조건에서 물리 및 화학 법칙이 요구하는 평형에 대해 지속적으로 작업을 수행합니다.» (그림 4).

즉, "살아있는 시스템"은 어떤 의미에서 물리 및 화학 법칙을 위반합니다! 그러나 그녀는 자신의 도움으로 만 위반합니다. 화학 물질과 물리적 상호 작용을 사용하는 살아있는 물체는 중력을 극복하고 물과 공기의 흐름과 싸우며 유해한 물질을 유용하게 만들 수 있습니다 (예 : 화학의 관점에서 볼 때 끔찍한 산화제 산소는 염소는 우리에게 호흡 할 수있는 기회를 제공하고 에너지를 얻음으로써 일반적으로 산화 라디칼과의 싸움의 역사가 " 라디칼과 항산화제의 위대한 전투에 대한 동화 만화» ).

그러나 "균형"은 예를 들어 저울이 균형을 이루고 흔들리지 않는 상태뿐만이 아닙니다. 가스는 실린더에서 실내 공기로 흐르고 대기와 혼합될 때 평형 상태입니다. 스토브는 열을 완전히 방출할 때 주변 공기와 평형을 이룹니다. 열역학의 과학인 물리학의 한 분야에서는 많은 분자로 구성된 시스템이 평형을 이루는 경향이 있을 때 이 시스템에서 무질서(혼돈)가 증가한다고 말합니다. 혼돈의 척도는 " 엔트로피". 닫힌 시스템에서 엔트로피는 증가할 수만 있습니다. 그러나 살아있는 세포는 닫힌 시스템이 아니라 열린 시스템입니다. 따라서 그들은 엔트로피의 성장에 저항할 수 있습니다. 균형에 대항하여 일하는 생명체는 세계에 질서를 가져오고 모든면에서 그들을 극복하는 혼돈과 매 초마다 싸웁니다. 여우는 밍크를 파고 겨울 추위를 피하고, 비버는 댐을 만들고 수위를 높이며, 그 자체는 가능한 한 얇게 비행기에 흘리려고 노력합니다.

모든 살아있는 유기체는 매초 그러한 기적을 만듭니다. 그러나 모든 살아있는 세포는 정확히 같은 방식으로 행동합니다. 큰 유기체의 행동보다 단순한 행동의 예를 사용하여(세포 행동은 보기보다 단순하지 않지만) 생명체가 무엇인지, 그리고 생명체가 "균형"과 정확히 어떻게 고투하는지 이해하려고 노력할 수 있습니다.

세포학은 진보한다

나노로봇 - 환상과 현실

지난 천년 말에 미국 과학자 Eric Drexler는 나노기술 분야의 발견에서 영감을 받아 본질적으로 공상과학 소설로 유명해졌습니다. 원자에서.. 특히 그는 인간의 건강에 유용한 일(혈관 청소, 암세포 파괴, 박테리아 퇴치)을 할 수 있는 "나노로봇"에 대해 썼습니다.

1931년 아동 작가 보리스 지트코프(Boris Zhitkov)가 그의 공상과학 소설 마이크로핸즈(Microhands)에서 비슷한 일이 예측되었습니다. 이야기의 주인공은 개별 세포를 조작할 수 있는 장치를 만들었습니다. 사람의 손에서, Lesk의 Levsha조차도 꿈도 꾸지 못했던 작업을 수행할 수 있는 마이크로 손으로 노력이 옮겨졌습니다! 다음은 Zhitkov가 쓴 것입니다. 나는 어떤 외과 의사도 방향을 틀지 못하는 가장 섬세한 수술을 하도록 초대받았습니다. 마이크로 손을 사용하여 가장 강력한 현미경으로 빠르고 확실하게 작업할 수 있었습니다. 나는 살아있는 유기체에서 악성 종양의 가장 작은 새싹을 제거하고 거대한 공장에서처럼 아픈 눈을 뒤적이며 작업을 끝낼 수 없었습니다. 그러나 그것은 내가 가는 길을 막지 못했습니다. 나는 물질을 구성하는 물질의 입자, 즉 초현미경에서만 볼 수 있는 상상할 수 없을 정도로 작은 입자를 잡을 수 있는 진정한 마이크로 손을 만들고 싶었습니다. 나는 인간의 마음이 크기에 대한 모든 생각을 잃는 영역에 들어가고 싶었습니다. 더 이상 크기가 없는 것 같고 모든 것이 상상할 수 없을 정도로 작습니다.».

그러나 이야기의 주인공은 실패를 기다리고 있었습니다. 개별 세포를 사냥하는 과정에서 생물 중 하나인 "snake-infusoria"가 장치를 망가뜨렸습니다! 예, 그리고 나는 그의 팔을 거의 부러 뜨 렸습니다. 마치 아르키메데스의 레버처럼 그의 노력이 소우주로 옮겨져 수백만 배 감소하고 소우주의 힘도 증가하여 그의 손에 압력을 가했기 때문에 ...

"기술"이라는 단어는 그리스어 " 테크네"는 "예술"을 의미하고, 나노기술은 이를 확인합니다. 그것들은 예술과 합쳐집니다. 이제 전문가들은 조각처럼 분자 구조를 원자 단위로 조각할 수 있는 기회를 갖게 되었습니다. 자유로운 창의성을 위한 환상적인 기회가 열립니다. 디자이너는 예술가-데미우지스(Demiurges)가 되어 처음부터 물건을 만듭니다! 그러나 이러한 것들이 통제 불능 상태가 되어 악성 바이러스처럼 증식하기 시작하면 어떻게 될까요? Eric Drexler는 그의 책 "Machines of Creation"에서 "회색 끈적 끈적한"의 다가오는 승리에 대한 이야기로 독자를 상당히 놀라게했습니다. 그는 나노기술의 위험성을 과소평가해서는 안 된다고 썼습니다. 이제 우리는 인공 지능이라는 새로운 재앙에 위협을 받고 있습니다. 그러나 이 지능이 "나노팩토리"에서 괴물을 생산하기 시작하면 어떻게 될까요? 연감 "나는 모든 것을 알고 싶다"의 예술가 Yevgeny Podkolzin은 유머러스한 방식으로 이 상황을 극복했습니다(그림 5).

그림 5. Nanobot이 괴물을 구성합니다.

Evgeny Podkolzin의 그림

"나노팩토리"에서 새로운 구조를 만드는 것은 이제 인간의 통제 하에 있습니다. 공상 과학 스릴러와 같이 지구상의 생명체와 전투를 벌이고 지구에 사는 모든 것을 파괴하고 행성을 회색 점액의 안식처로 만들 수 있는 나노 구조의 자발적인 재생산의 위험을 줄이려면 제어가 필요합니다. 마지막 두 번째 노벨 화학상은 나노기술 분야의 업적으로 수여되었습니다. 따라서 이 분야는 매우 뜨겁습니다...

주머니에 증기 기관차

그림 6. 레프 블루멘펠트

모든 살아있는 세포에서 - 유명한 박테리아와 같은 작은 세포에서도 대장균(길이 약 5미크론, 직경 1-1.5미크론) - 수백만 개의 단백질 나노 로봇이 작동합니다. 그들은 세포 상태의 삶에 필요한 모든 일을 수행합니다. 메신저, 캐리어, 디자이너, 수리공, 청소부 등 다양한 유형의 나노로봇이 있습니다.

나노 로봇이 어떻게 작동하는지 이해하는 것은 즉시 이루어지지 않았습니다. 20 세기의 60 년대에 생물 물리학 자 Dmitry Chernavsky, Yuri Khurgin 및 Simon Shnol은 "단백질 기계"의 개념을 개발했으며, 그 실험적 확인은 모스크바 물리학 학부의 생물 물리학과 설립자가 수행했습니다. 주립대학교(그림 6). 그의 작품에서 그는 단백질의 비평형 상태와 세포에서 물질이 변형되는 과정에서 단백질 기계의 이완에 대해 썼습니다.

이제 이것은 이미 일반화되었습니다. 생물 물리학자들은 단백질이 기계이고 분자 모터도 발견되었다고 직접 말했습니다. 센티미터., 예를 들어 " 단백질 모터: 인간과 나노기술을 위한 서비스» ). 물론 단순한 기계가 아니라 특수한 생물학적 기계다. 어쨌든 "기계"는 무엇입니까? 일상 생활에서는 자동차, 세탁기, 공장의 공작 기계라고 부르며 19세기에는 증기 기관을 의미했습니다. 그러나 과학적으로 생각하면 기계는 서로 다른 다른 부품의 계획에 따라 구축되고 특정 기능을 수행하도록 설계된 시스템입니다(이러한 정의는 한때 학자 Ivan Artobolevsky에 의해 주어졌습니다).

효소 및 기타 나노로봇은 이 정의를 정확히 충족합니다. 즉, DNA에 명시된 계획에 따라 구축되고 엄격하게 정의된 기능을 수행합니다. 단백질의 일부인 단량체 분자는 서로 유사하지 않으며 모양과 화학적 조성이 다릅니다. 다른 단량체가 결합되면 큰 유기 분자인 중합체가 얻어집니다. 이러한 단백질-고분자는 분자 기계, 나노로봇이 된다. 각 나노 로봇 효소에는 "구조적 부분"(머신 베드와 유사)과 작업 도구인 "활성 센터"가 있습니다. 거의 모든 공장에서처럼! 그러나 그러한 기계의 치수에는 무생물의 유사성이 없습니다.

그리고 기계의 치수가 비정상적이라면 이러한 장치의 작동은 우리가 익숙한 작업과 다릅니다. 결국, 나노 세계의 거의 모든 것이 우리 인간의 대우주에서와 동일하지 않습니다. 우리가 증기 기관을 기억한 것은 헛되지 않았습니다. 증기 기관의 원리는 에너지 전달 및 변환의 과학인 열역학의 기초를 형성했습니다. 이것은 증기 기관이 너무 이상적이어서 일어난 것이 아닙니다. 열역학이 형성되었을 때 다른 기계가 없었기 때문입니다. 그리고 그 장치는 특히 에너지 변환 과정을 명확하게 보여줍니다.

물론 에너지의 전달과 변환 없이는 유기체와 개별 세포가 존재할 수 없습니다. 위에서 쓴 것처럼 그들의 전체 삶은 환경과의 끊임없는 에너지 교환 과정, 즉 특정 작업이 수행되는 교환입니다. 증기기관만이 나노로봇의 작용에 비하면 극히 조잡하게 그 일을 수행한다. 증기 기관은 엄청난 양의 분자(증기 또는 가스)를 처리합니다. 가열되면 전체 질량을 가진 이러한 분자가 자유로워지는 경향이 있고(즉, 외부의 차가운 환경과 평형을 이루기 위해) 피스톤에 압력을 가하여 자유로 가는 경로를 막고 일을 합니다.

나노머신에서는 그 반대가 사실입니다. 나노로봇 단백질은 많은 양의 물질을 이동할 수 없지만 각 분자를 개별적으로 보고 그 안에 포함된 에너지를 관리할 수 있습니다. 이러한 장치가 증기 기관에 사용된다고 상상해 보십시오. 나노 로봇은 각 증기 분자와 "작동"하여 증기를 포착하여 적절한 위치로 끌어서 놓은 다음 방출합니다.

그러면 무거운 피스톤, 유압 드라이브가 불필요해지고 천 마력의 용량을 가진 전체 기계가 플래시 드라이브 또는 칩 크기로 작아질 수 있습니다. 사실, 이것은 주어진 부피에 증기 또는 가스 분자가 있는 만큼의 나노로봇을 필요로 할 것이며, 이 특정 직업에서 작동하도록 "훈련된" 특수 장치도 필요합니다. 그리고 우리는 여전히 자연에서 그러한 것을 찾아야 합니다. 그러나 전망은 매혹적입니다.

그러나 주머니에 쏙 들어가는 증기 기관차가 아무리 마술처럼 보일지라도 실제 살아있는 세포의 작업은 훨씬 더 환상적입니다. 결국 증기 기관(다른 발전소와 마찬가지로)은 외부 환경과 균형을 맞추기 위해 어떤 물질의 욕구만 사용하며 평형의 한계는 소위 "우주의 열사"(모든 물체가 분자에서 은하에 이르기까지 세계의 같이따뜻하거나 오히려 똑같이 차가워지면 모든 움직임이 멈 춥니 다.

나노 로봇의 작업은 완전히 다른 벡터를 가지고 있습니다. 그들은 증기 기관과 달리 엔트로피를 사용하지 않고 최선을 다해 반대합니다. Lev Blumenfeld는 "분자 기계"가 개별 분자의 상태를 제어한다고 썼습니다. 물질 분자를 다룰 때 나노 로봇은 무작위로 움직이는 것을 허용하지 않습니다. 그들은 세포가 영양과 성장을 위해 필요한 곳으로 분자를 옮기고 과정의 화학 및 물리학을 조절합니다.

궁극적으로 보일러의 증기 에너지(또는 자동차 엔진의 연료 연소 에너지)는 개별 증기 분자 또는 다른 "작동 유체"의 운동 에너지의 합입니다. 그러나 증기 기관이 개별 분자의 이러한 에너지를 "합산"하면 "일반화" 중에 불가피한 손실이 발생합니다. 일부 분자는 장치의 슬롯을 통해 스며 나오고 일부는 아무런 이점 없이 모서리로 날아갑니다. 대규모 경제에서 회계 불량과 거의 같은 일이 발생합니다. 상품 및 자재의 일부는 생산에 참여하지 않고 창고에서 악화되고, 다른 일부는 잘못된 목적지로 보내지고, 세 번째는 설치류에 의해 제거됩니다 ... 수백만 및 수십억 개의 개체와 함께 작동하는 "수축 및 흔들림"은 불가피합니다. 그러나 각 항목을 별도로 설명하고 모든 항목을 설명하고 각 항목에 고유한 저장 관리자가 있으면 불가능하게 됩니다.

물론 우리 세계에서는 이것이 불가능합니다. 수백만 명의 회계사와 컨트롤러의 작업에 대한 비용을 지불하는 것보다 제품의 일부를 잃는 것이 더 유리합니다. 그러나 나노월드는 이익이 되는 것과 이익이 되지 않는 것에 대한 나름의 생각을 가지고 있습니다. 따라서 단백질 기계의 효율성은 증기 기관차처럼 8%가 아니라 거의 10배 이상입니다!

단백질 분자 기계는 또 다른 기능에서 기존 기계와 다릅니다. 기존 발전소에서 기계 자체(메커니즘, 본체)와 "작동 유체"(물 또는 가솔린 증기)는 다른 대상입니다. 나노로봇은 원칙적으로 메커니즘이자 동시에 작동체이다. 에너지 흐름은 증기나 불의 형태로 나노로봇을 지나치지 않고 화학 반응 중에 스스로 움직입니다.

미세소관 - 생각의 근원?

가장 일반적인 유형의 나노로봇은 19세기부터 알려진 효소입니다. 효소 만 약 5 천 가지가 있습니다. 이들은 특별한 단백질입니다. 생화학 적 과정의 촉매로 참여하지 않으면 몇 배나 느려질 것입니다.

효소는 엄격한 프로그램을 가진 단백질 기계입니다. 그들 각각은 매우 특정한 문제를 해결하도록 조정되었습니다. 그러나 그들 모두는 어떤 식 으로든 화학 반응의 촉매제입니다. 즉, 한 물질을 다른 물질로 변형시키는 데 도움이됩니다. 오히려 효소는 세포와 유기체에 많은 이점이 없이 "자연적으로" 진행되어야 하는 한 화학 반응을 다른 유용한 화학 반응으로 단순히 전환합니다. 이미 언급했듯이, 그들은 저항이 가장 적은 경로(에너지를 거의 제공하지 않음)에서 어렵지만 에너지적으로 효율적인 경로로 반응을 리디렉션합니다.

또 다른 유형의 나노 로봇은 수리공입니다. DNA는 안정적인 분자이지만 여전히 손상될 수 있습니다. 그 이유는 방사선, 돌연변이 물질, 자유 라디칼 때문입니다. 특별한 역할은 DNA 분자의 질소 염기 절단, 즉 실제로 파괴인 "탈퓨린화"에 의해 수행됩니다. 단순한(무생물) 솔루션에서는 이 과정이 매우 빠르게 진행되며, 동일한 일이 세포에서 발생하면 DNA는 일주일 이상 살지 못하고 세포는 죽을 운명입니다. 그러나 각 인간 세포의 DNA는 하루에 약 5,000개의 퓨린 염기를 잃습니다. 그러나 특수 장치는 세포에서 작동합니다. 배상금 단지(라틴어로 "배상"은 "회복"을 의미합니다). 그들은 항상 철로를 따라 이동하고 손상을 찾아 수리하는 철도의 수리공에 비유될 수 있습니다. Reparases는 DNA에 대한 방사선 손상까지도 복구할 수 있습니다. (실제로 다른 나노로봇의 경우처럼) 복구 작업의 복잡성은 감탄할 만합니다. 컴퓨터는 그들의 동작을 거의 시뮬레이션할 수 없습니다. 이러한 장치의 작동을 이해하려면 고급 수학 및 양자 물리학에 대한 지식이 필요합니다.

세포 분열의 과정은 유사 분열이든 감수 분열이든 우주에서 가장 환상적인 과정 중 하나입니다. 그것은 나노 로봇의 거대한 팀에 의해 서비스됩니다. 이 팀에는 DNA 복제와 관련된 것 외에도 중심핵 나노로봇이 포함됩니다. 중심 소체는 유전 물질의 "스핀들"이 꼬인 일종의 극입니다. 그들은 튜불린 단백질 분자를 기반으로 하는 27개의 원통형 요소인 "미세소관"으로 구성됩니다.

세포 재생산 작업 외에도 미세 소관은 세포 골격 생성에 관여합니다. 지원이 없으면 세포는 무정형 방울로 변합니다. 미세 소관은 파이프 라인으로도 작동합니다. 물질은 세포의 한쪽 끝에서 다른 쪽 끝으로 전달됩니다.

세포 작업에서 중심소자의 역할은 순전히 기계적인 것 같습니다. 그러나 미국 생물학자인 Günter Albrecht-Bühler(그런데 훈련을 받은 물리학자)가 "세포의 뇌"라고 부른 것은 바로 이 소기관이었습니다. 또 다른 미국 생물학자인 스튜어트 해머로프(Stuart Hameroff)는 전 우주에서 가장 놀라운 현상인 의식과 관련된 중심소체 구조의 기초가 되는 미세소관과 관련이 있다고 제안했습니다.

이 아이디어는 Hameroff가 직업이 마취과라는 사실에서 비롯되었습니다. 어느 좋은 날, 그는 마취(마취)에 사용되는 일부 물질이 신경 세포(축삭 및 수상돌기)의 과정에 포함된 나노튜브의 구조를 변경한다는 것을 발견했습니다.

Hameroff의 생각은 다음과 같이 발전했습니다. 마취는 의식을 끄는 방법입니다. 단절된 의식은 변경된 미세소관에 해당합니다. 이것은 자연스럽고 변경되지 않은 형태의 미세소관이 "온" 의식의 운반자임을 의미합니다.

사실, 나중에 모든 마취 물질이 미세 소관에 눈에 띄는 영향을 미치는 것은 아니라는 것이 밝혀졌습니다. 그러나 그 과학자는 그럼에도 불구하고 계속해서 자신의 이론을 발전시켰고 결국 미세소관이 뇌에서 정보를 계산하고 통합하는 장치라고 주장하는 책을 출판했습니다. Hameroff의 가설이 맞다면 나노로봇 중에는 '화학자'와 '수리원'뿐 아니라 나노컴퓨터도 있다는 것이 밝혀졌다. 수소 결합이 이상적인 세포라는 사실에 근거한 또 다른 가설이 있습니다. 큐빗(양자 비트 - 양자 컴퓨팅의 단위) - 여기에서 양성자는 하나 또는 다른 에너지 "우물"에 위치하여 둘 사이에 "양자 점프"를 만들 수 있습니다. 이러한 위치에서 우리의 의식은 나노컴퓨터의 전체 작동에 의해 결정됩니다.

다른 과학자들은 인간의 의식뿐만 아니라 살아있는 세포의 작업에 대해서도 그러한 기계적 접근에 동의하지 않습니다. 이 가설의 논박 또는 증명은 아마도 그리 멀지 않은 미래 과학의 과제입니다.

Infusoria-shoe, 세포의 영혼과 컴퓨터 알고리즘

수백만 나노 로봇의 정밀하게 조정된 공동 작업은 우리가 "생명"이라고 부르는 독특한 현상을 만듭니다. 그러한 시스템을 인공적으로 재현할 수 있습니까? 아티스트 Yevgeny Podkolzin은 세포 내 나노 로봇의 작용을 농담으로 묘사했습니다(그림 7).

그림 7. 세포에서 나노 로봇의 작업.
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Evgeny Podkolzin의 그림

시험관에서 생명체를 만드는 것은 연금술사의 오랜 꿈입니다. 문학에서 그러한 몽상가의 이미지는 파우스트의 괴테에 의해 만들어졌습니다. 19세기에는 현대적인 관점에서 "인공 세포"를 만들려는 시도가 순진했습니다. 요즘은 인공 생체 세포(이름: Cynthia, 달라틴어) Craig Venter - CEO 및 회사에서 전달 휴먼 장수 주식회사. 그는 "인간 게놈" 프로그램에 성공적으로 참여하여 인공 DNA 생성 문제를 설정하고 해결했습니다. 2010년 그는 자신이 만든 인공 게놈을 단세포 유기체에 도입했습니다. 마이코플라스마 마이코이데스- 예상대로 이 게놈은 작용하여 필요한 단백질을 생산했습니다.

그러나 그가 살아 있는 세포를 만들었다는 말은 명백한 과장이다. 이 작업은 컴퓨터용 프로그램을 만드는 것과 비교할 수 있지만 컴퓨터 자체를 만드는 것과는 비교할 수 없습니다. DNA는 프로그램일 뿐이며 "상속으로" 세포가 받은 수백만 개의 나노로봇이 마이코플라즈마에서 작동하지 않는다면 그 프로그램은 아무도 읽을 수 없는 텍스트로 남게 될 것입니다.

그러나 Venter의 성공과 실패에도 불구하고 살아있는 세포 나노 로봇에 대한 연구와 작동 방식은 실제로 나노 기술에 대한 완전히 새로운 가능성을 열어줍니다. 1960년대에 생겨난 생체 공학- "생물학적 프로토타입을 사용하여 새로운 기술 솔루션을 찾는 과학." 21세기에 과학은 이미 살아있는 세포에서 새로운 나노기술 장치를 만들기 위한 아이디어를 찾고 있습니다. 이것이 바로 21세기의 새로운 과학이 하는 일- 나노바이오닉스.

실제 나노 로봇을 만들고 생물학적 프로토타입을 사용하면 의학에서 생태학, 과거에는 사이버네틱스, 이제는 정보 기술에 이르기까지 가장 예상치 못한 영역의 문제를 해결하는 데 도움이 될 것입니다. 감광성 단백질의 능력을 이용한 바이오크롬(Biochrom) 약물 기반의 정보 저장 장치가 이미 등장했습니다. 박테리오로돕신빛의 양자를 흡수하면 형태(원자의 공간적 배열)가 바뀝니다. 감염과 관련될 수 있는 공기 또는 액체 샘플에서 단 하나의(!) RNA 분자도 탐지할 수 있는 혁신적인 기술이 발명되었습니다.

나노바이오닉스 분야의 연구는 가장 흥미로운 과학적 방향에 새로운 생명을 불어넣을 것입니다. 세포윤리학, 세포 나노 로봇의 조정된 상호 작용을 기반으로 하는 세포 행동 과학. 생물 학자 Vladimir Alexandrov (그림 8)는 1970 년 기사 " 세포 수준에서의 행동 문제 - 세포 행동학» . 그것에서 "변증법적 유물론"의 시대에 그는 다음과 같이 선언했습니다. " 세포 소기관과 세포 자체에는 작지만 영혼이 있습니다.».

실제로 나노 로봇과 살아있는 세포의 행동은 표준 기술 시스템과의 근본적인 차이점에 대해 생각하게 합니다. 그것은 믿을 수없는 것처럼 보이지만 아마도 유기체 수준에서 (특히 밝게 - 인간의 경우) "자유 의지"라고 불리는 살아있는 시스템의 속성이 발생하는 수준입니다. 이것은 생물 물리학, 양자 역학, 철학 및 신학의 교차점에서 매우 깊은 문제입니다. 살아있는 세포를 컴퓨터에 비유한다면 이 컴퓨터가 양자 컴퓨터인지 생각해 볼 가치가 있을까요?

양자 컴퓨터 모델을 제안한 최초의 유명한 과학자는 리처드 파인만(Richard Feynman)이었습니다. 같은 물리학자는 그의 주요 작업에서 자유 시간에 현미경을 통해 섬모 신발을 조사했으며 양자 컴퓨팅의 아이디어는 러시아인에 의해 표현되었습니다. 파인만보다 1년 앞선 물리학자 유리 마닌.

본격적인 양자 컴퓨터는 아직 만들어지지 않았지만 이러한 컴퓨터에 대한 첫 번째 작동 모델과 프로그램이 이미 작성되었습니다. 양자 컴퓨터와 일반 컴퓨터의 주요 차이점은 고전이 아닌 양자 역학의 원리에 대한 작업입니다. 알려진 바와 같이, 양자 역학은 우리 세계로 옮겨진다면 기적처럼 보일 것 같은 물질의 상태를 인정합니다(예를 들어, 한 입자가 두 개의 다른 장소에 동시에 존재하는 경우). 이러한 양자 효과는 새로운 컴퓨터를 위한 소프트웨어 알고리즘의 기초를 형성할 것입니다. 그리고 이것은 오늘날의 "계산기"가 꿈도 꾸지 못한 문제를 해결할 수 있게 해줍니다. 양자 "뇌"는 처음으로 살아있는 자연, 예를 들어 동일한 살아있는 세포에서 발생하는 과정의 복잡성을 일치시킬 수 있습니다.

현재 기계는 모델, 즉 단순화된 현실 이미지로만 작동할 수 있습니다. 양자 컴퓨터의 경우 생물학적(예: 천문학적) 현실은 처음으로 어려울 것입니다.

흥미롭게도, Feynman(및 그의 동료)을 양자 컴퓨터의 아이디어로 이끈 것은 생물학적 과정의 복잡성이었습니다. 그러한 기계를 만드는 아이디어는 동일한 paramecium에 대한 그의 관찰에서 비롯된 것일 수 있습니다.

물리학자들은 살아있는 세포를 양자 컴퓨터로 간주하고 양자 컴퓨팅의 도움으로만 그 작동을 이해할 수 있는 악순환이 일어난 것 같습니다. 이 원에서 벗어날 수 있는 방법은 양자 프로세스를 기반으로 한 강력한 컴퓨터를 만든 후에 가능합니다.

오늘날 이러한 장치는 깊은 냉각이 필요하며 기껏해야 수백 큐비트를 처리할 수 있습니다. 또한 엔지니어들은 전자기 및 기타 영향으로부터 양자 두뇌를 보호하는 방법을 아직 찾지 못했습니다. 이 영향에 대해 새 컴퓨터는 우리가 익숙한 개인용 컴퓨터보다 훨씬 더 민감합니다. 분명히 살아있는 세포는 훨씬 더 많은 계산으로 양자 정보 처리의 비밀을 유지하면서 외부 영향으로부터 잘 보호됩니다.

이러한 과정을 발견하고 연구하는 것은 새로운 세대의 세포학자와 생물물리학자에게 도전과제입니다. 우리는 그들의 성공을 기원합니다!

기사의 확장 버전은 연감 "나는 모든 것을 알고 싶습니다"(출판사 "Dom detskoj kniga", 상트 페테르부르크)에 게시하기 위해 준비 중입니다. 저자연감 편집자에게 감사를 표하다 세르게이 이바노프유익한 토론을 위해 아티스트에게 예브게니 포드콜진친절하게 제공된 사진과 게시자에게 알라 나소노바-이 기사에서 연감의 자료를 사용할 수 있도록 허용합니다.

문학

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대부분의 역사가들은 물리학자 리처드 파인만(Richard Feynman)과 그의 1959년 연설, "거기에는 충분한 공간이 있습니다."가 이 용어의 창시자라고 생각합니다. 그의 연설에서 Feynman은 기계가 축소되고 아주 많은 정보가 작은 공간에 인코딩되어 그 날부터 절대적으로 놀라운 기술 혁신이 시작될 날을 상상했습니다.

그러나 이 아이디어를 실제로 깨뜨린 것은 Eric Drexler의 저서 Engines of Creation: Coming Era of Nanotechnology였습니다. Drexler는 자기 복제 나노머신(다른 기계를 만드는 기계)이라는 아이디어를 도입했습니다.

이러한 기계는 프로그래밍이 가능하기 때문에 그러한 기계뿐만 아니라 원하는 모든 것을 구축하는 데 사용할 수 있습니다. 그리고 이 건물은 원자 수준에서 발생하기 때문에 이 나노로봇은 모든 종류의 물질(토양, 물, 공기 등)을 원자 단위로 분리하고 무엇이든 조립할 수 있습니다.

Drexler는 의회 도서관 전체가 각설탕 크기의 칩에 들어갈 수 있고 환경 스크러버가 대기 중 오염 물질을 바로 제거할 수 있는 세상을 그렸습니다.

그러나 나노기술의 가능성을 탐구하기 전에 기초부터 알아보자.

뭐 " "?

나노 기술은 1에서 100나노미터 사이의 나노 스케일에서 수행되는 과학, 공학 및 기술입니다. 사실, 이것은 원자 및 분자 수준에서 물질을 조작하고 제어하는 것입니다.

이해를 돕기 위해 나노미터가 무엇인지 상상해 보겠습니다.

지구의 비율과 어린이용 큐브의 비율은 대략 미터 대 나노미터의 비율입니다.
이것은 개미의 길이보다 백만 배 작습니다.
종이 한 장의 두께는 약 100,000나노미터입니다.
적혈구의 직경은 7000~8000나노미터입니다.
DNA 사슬의 직경은 2.5나노미터입니다.

나노로봇은 원자 수준에서 정밀하게 물건을 만들고 조작할 수 있는 기계입니다. 어린이가 LEGO 벽돌을 조작할 수 있는 것처럼 원자를 조작할 수 있는 로봇을 상상해 보십시오. 기본 원자 구성 요소(C, N, H, O, P, Fe, Ni 등)로 무엇이든 만들 수 있습니다. 어떤 사람들은 나노봇의 미래를 공상과학 소설이라고 무시하지만, 우리 각자는 수조 개의 세포에서 수많은 나노봇 작업 덕분에 오늘날 살아 있다는 것을 이해해야 합니다. 우리는 그들에게 "리보솜"과 같은 생물학적 이름을 부여하지만 그 핵심은 기능을 가진 프로그램된 기계입니다.

또한 DNA와 생명 기계를 사용하여 단백질이나 DNA(건축 자재)로부터 독특한 구조를 만드는 "습식" 또는 "생물학적" 나노기술과 "어셈블러", 또는 열역학적으로 안정적인 구조를 효율적으로 생성하기 위해 나노 규모의 원자로 3D 프린팅에 참여하는 기계.

연구원들이 어려움을 겪고 있는 여러 유형의 나노기술을 살펴보겠습니다.

다양한 형태의 나노로봇 및 응용

일반적으로 나노로봇은 많다. 다음은 그 중 일부입니다.

가능한 가장 작은 엔진. 독일 마인츠 대학의 물리학자 그룹은 최근 역사상 가장 작은 단일 원자 엔진을 제작했습니다. 다른 엔진과 마찬가지로 이 엔진은 열 에너지를 운동으로 변환하지만 가장 작은 규모로 수행합니다. 원자는 전자기 에너지 원뿔에 갇히고 레이저는 이를 가열 및 냉각하여 원뿔 안의 원자가 엔진의 피스톤처럼 앞뒤로 움직이게 합니다.
3D 움직이는 DNA 나노머신. Ohio State University의 기계 엔지니어들은 "DNA 종이접기"를 사용하여 복잡한 나노 규모의 기계 부품을 설계 및 제작했으며, 이는 실물 크기의 기계에 적용되는 동일한 기본 설계 원칙을 DNA에 적용할 수 있고 미래의 나노 로봇을 위한 복잡하고 제어되는 구성 요소를 생산할 수 있음을 증명합니다.
나노핀. ETH Zurich와 Technion의 과학자들은 길이 15마이크로미터(백만분의 1미터), 두께 200나노미터의 폴리피롤(Ppy) 나노와이어 형태의 탄성 "나노핀"을 개발했습니다. 초당 마이크로미터. 예를 들어 나노핀은 약물을 전달하고 자석을 사용하여 혈류를 통해 암세포를 표적으로 하도록 유도할 수 있습니다.
개미 나노 드라이브. 케임브리지 대학의 과학자들은 모든 근육에 자체 무게의 100배를 가할 수 있는 작은 모터를 개발했습니다. 새로운 나노모터는 살아있는 세포를 관통하고 질병과 싸울 만큼 충분히 작은 나노로봇으로 이어질 수 있다고 과학자들은 말한다. 연구를 이끈 캐번디시 연구소의 제레미 바버그 교수는 이 장치를 '개미'라고 불렀다. 진짜 개미처럼 자기 무게의 몇 배나 되는 힘을 발휘할 수 있습니다.
정자의 종류별 마이크로로봇. Twente 대학(네덜란드)과 독일 카이로 대학(이집트)의 과학자 팀은 약한 자기장을 진동시켜 제어할 수 있는 정자와 같은 마이크로 로봇을 개발했습니다. 그들은 복잡한 미세 조작 및 표적 치료 작업에 사용될 수 있습니다.
박테리아 기반 로봇. Drexel University 엔지니어는 전기장을 사용하여 미세한 박테리아 구동 로봇이 장애물을 감지하고 탐색하는 데 도움이 되는 방법을 개발했습니다. 응용 프로그램에는 약물 전달, 줄기 세포의 성장을 지시하기 위한 조작 또는 미세 구조 구성이 포함됩니다.
나노로켓. 몇몇 연구원 팀은 최근에 나노 입자와 생물학적 분자를 결합하여 나노 크기의 로켓의 고속 원격 제어 버전을 구축했습니다. 과학자들은 어떤 환경에서도 작동할 수 있는 로켓을 개발하기를 희망합니다. 예를 들어, 신체의 표적 부위에 약물을 전달합니다.

나노 및 마이크로머신의 주요 응용 분야

이러한 나노 및 마이크로머신을 사용할 가능성은 거의 무한합니다. 예를 들어:

암 치료. 암세포를 보다 정확하고 효율적으로 탐지하고 파괴합니다.
약물 전달 메커니즘. 질병을 통제하고 예방하기 위한 표적 약물 전달 메커니즘을 구축합니다.
의료 영상. 특정 조직에 조립된 다음 MRI 과정에서 신체를 스캔하는 나노입자를 생성하면 당뇨병과 같은 문제가 드러날 수 있습니다.
새로운 감지 장치. 나노로봇의 프로빙 및 스캐닝 특성을 맞춤화할 수 있는 거의 무한한 가능성을 통해 우리는 우리 몸을 발견하고 우리 주변의 세계를 보다 효과적으로 측정할 수 있습니다.
정보 저장 장치. Harvard Wyss Institute의 생명공학자이자 유전학자는 1g의 DNA에 5.5페타비트(약 700테라바이트)의 데이터를 성공적으로 저장하여 이전의 DNA 데이터 밀도 기록을 천 배 이상 능가했습니다.
새로운 에너지 시스템. 나노로봇은 보다 효율적인 재생 에너지 시스템을 개발하는 데 역할을 할 수 있습니다. 또는 이전처럼 효율적으로 작동하는 데 더 적은 에너지가 필요한 방식으로 현대 기계를 더 에너지 효율적으로 만들 수 있습니다.
초강력 메타물질. 메타물질 분야에서 많은 연구가 진행되고 있습니다. 캘리포니아 공과대학(California Institute of Technology) 팀은 역사상 가장 강력하고 가벼운 것 중 하나인 에펠탑과 유사한 나노 크기의 스트럿으로 구성된 새로운 유형의 재료를 개발했습니다.
스마트 창 및 벽. 전위가 가해지면 색이 동적으로 변하는 전기 변색 장치는 에너지 효율적인 스마트 창에 사용하기 위해 널리 연구되고 있습니다.
바다를 정화하는 마이크로 스펀지. 비료, 살충제 및 의약품과 같은 수질 오염 물질을 흡수할 수 있는 탄소 나노튜브 스펀지는 이전 옵션보다 3배 더 효과적입니다.
리플리케이터. "분자 어셈블러"라고도 알려진 이 제안된 장치는 반응성 분자를 원자 정밀도로 배열하여 화학 반응을 수행할 수 있습니다.
건강 센서. 이 센서는 혈액 화학을 모니터링하고, 일어나는 모든 일을 알려주고, 신체의 정크 푸드나 염증을 감지하는 등의 작업을 수행할 수 있습니다.
우리의 두뇌를 인터넷에 연결하기. Ray Kurzweil은 나노로봇이 2030년에 생물학적 신경계를 클라우드에 연결할 수 있게 해줄 것이라고 믿습니다.

보시다시피 이것은 시작에 불과합니다. 가능성은 거의 무한합니다.

나노기술은 오늘날 세계가 직면한 가장 큰 문제를 해결할 수 있는 잠재력을 가지고 있습니다. 그것들은 인간의 생산성을 향상시키고, 우리에게 필요한 모든 재료, 물, 에너지 및 식량을 제공하고, 알려지지 않은 박테리아와 바이러스로부터 우리를 보호하고, 심지어 평화를 방해하는 이유의 수를 줄일 수도 있습니다.

그것으로 충분하지 않다면, 나노기술 시장은 거대합니다. 2020년까지 글로벌 나노기술 산업은 758억 달러 시장으로 성장할 것입니다.

다른 정의는 나노로봇을 나노스케일 물체와 정확하게 상호작용할 수 있거나 나노스케일에서 물체를 조작할 수 있는 기계로 설명합니다. 결과적으로 원자력 현미경과 같은 대형 장치도 나노 크기의 물체를 조작하기 때문에 나노 로봇으로 간주될 수 있습니다. 또한 나노크기의 정밀도로 움직일 수 있는 일반 로봇도 나노로봇이라고 할 수 있다.

기술 수준

현재(2009년) 나노로봇은 창조의 연구 단계에 있다. 일부 과학자들은 나노 로봇의 일부 구성 요소가 이미 만들어졌다고 주장합니다. 다수의 국제 과학 회의가 나노 장치 구성 요소의 개발과 나노 로봇에 대한 직접적인 논의에 전념하고 있습니다.

분자 기계의 일부 원시 프로토타입은 이미 만들어졌습니다. 예를 들어, 약 1.5nm의 스위치가 있는 센서는 화학 시료의 개별 분자를 계산할 수 있습니다. 최근 Rice University는 현대 자동차의 화학 공정을 조절하는 데 사용되는 나노 장치를 시연했습니다.

가장 복잡한 나노로봇 프로토타입 중 하나는 Jörgen Kjems가 이끄는 국제 팀이 2008년 후반에 만든 "DNA 상자"입니다. 이 장치는 특정 DNA 단편을 배지에 추가하여 제어하는 움직이는 부분을 가지고 있습니다. Kyems에 따르면 이 장치는 기본적으로 논리 게이트를 구현할 수 있기 때문에 "DNA 컴퓨터"로 작동할 수 있습니다. 장치의 중요한 특징은 장치가 자동으로 조립되는 덕분에 소위 DNA 종이 접기라는 조립 방법입니다.

나노로봇 이론

나노로봇은 크기가 미시적이기 때문에 미시적 문제와 거시적 문제를 함께 해결하려면 많은 로봇이 필요할 것입니다. 그들은 복제할 수 없고(소위 "서비스 포그") 환경에서 자가 복제가 가능한("회색 끈적임" 및 기타 옵션) 나노로봇 무리를 고려합니다. T-1000 로봇은 영화 터미네이터 2: 심판의 날과 같이 공상과학 소설에서 널리 묘사되며, 군용 장비에서 나노로봇의 잠재적 사용 가능성을 분명히 보여줍니다. "nanorobot"이라는 단어 외에도 "nanite", "nanogen" 및 "nanomant"라는 표현도 사용되지만, 진지한 엔지니어링 연구의 맥락에서 원래 버전은 여전히 기술적으로 올바른 용어입니다.

"회색 끈적거림" 시나리오에 대한 일부 나노 로봇 지지자들은 나노 로봇이 제한된 수와 나노 공장의 특정 공간에서만 복제할 수 있다고 생각합니다. 또한, 이 나노기술을 안전하게 만드는 자가 복제 프로세스는 아직 개발되지 않았습니다. 또한 로봇의 자유로운 자기복제는 가상의 과정으로 현재 연구계획에서도 고려되지 않고 있다.

분자 모터

그러나 환자에게 주입되어 나노 규모에서 무선 통신의 역할을 수행할 의료용 나노로봇을 만들 계획이 있습니다. 이러한 나노로봇은 자가 복제로 생산할 수 없습니다. 복제 오류가 발생하여 나노 장치의 신뢰성을 저하시키고 의료 작업의 성능을 변경할 수 있기 때문입니다. 대신 나노로봇은 전문 의료용 나노공장에서 제조할 계획이다.

분자 프로펠러

나노 로봇의 과학적 연구 방향의 발전과 관련하여 감지, 분자 간의 힘 연결, 탐색, 조작 도구, 추진 장치, 분자 모터 및 온보드 컴퓨터와 같은 특정 설계의 문제가 이제 가장 심각합니다. 의료 문제를 해결하도록 설계되었습니다. 이러한 작업의 대부분이 아직 해결되지 않았고 상세한 엔지니어링 제안이 누락되었지만 2000년에 Robert Freitas와 Ralph Merkle에 의해 설립된 Nanofactory Development Collaboration이 설립되었으며 제어된 다이아몬드 기계 합성 나노 공장은 다이아몬드 화합물을 기반으로 의료용 나노 로봇을 생산할 수 있습니다.

잠재적 범위

나노머신의 첫 번째 유용한 응용 프로그램은 의료 기술에서 계획되어 암세포를 식별하고 파괴하는 데 사용할 수 있습니다. 그들은 또한 환경에서 독성 화학 물질을 감지하고 그 수준을 측정할 수 있습니다.

대중문화 속의 나노봇

nanorobots의 아이디어는 현대 공상 과학 소설에서 널리 사용됩니다.

Nanobots는 Re-zone 그룹에서 동일한 이름(Nanobots)의 구성에 전념합니다.
Deus Ex 및 Deus Ex: Invisible War 게임의 줄거리는 미래의 나노 로봇의 광범위한 사용을 기반으로 합니다.

또한보십시오

연결

나노로봇 - 인류의 미래의 승리인가 비극인가?

메모

위키미디어 재단. 2010년 .

동의어:

다른 사전에 "Nanobot"이 무엇인지 확인하십시오.

존재, 동의어 수 : 1 nanorobot (2) ASIS 동의어 사전. V.N. 트리신. 2013년 ... 동의어 사전

나노봇- 나노미터 단위로 치수를 측정하는 나노기술 로봇 나노머신(nanite) 생명공학주제 EN 나노봇 … 기술 번역가 핸드북

나노로봇은 분자 크기와 비슷한 크기의 로봇이다. 그들은 이동, 정보 처리 및 전송, 프로그램 실행 및 경우에 따라 자기 복제 가능성의 기능을 가지고 있습니다.

나노기술의 아버지라 불리는 미국 과학자 킴 에릭 드렉슬러(Kim Eric Drexler)가 처음으로 나노로봇의 탄생에 대해 공개적으로 말했다. 과학자는 그의 책 Machines of Creation에서 나노 로봇을 만드는 아이디어를 고려했습니다. 여기서 그는 냉동된 사람들을 소생시키기 위한 가상의 시나리오를 제시했습니다. 이것은 분자 나노 로봇의 생성과 "회색 끈적 끈적한"개념의 최초의 이론가입니다. Drexler는 1975년과 1976년에 NASA의 우주 정착에 대한 연구에 참여했습니다. 그는 나노기술을 기반으로 고효율 태양광 패널을 개발했으며 우주 정치에도 활발히 참여했습니다.

2010년에는 우주 공간을 이동할 수 있는 DNA 기반 나노 로봇이 처음으로 시연되었습니다. 그리고 그 이전에는 이 산업에 대한 비밀 연구가 지속적으로 이루어졌습니다.

나노로봇은 왜 만들어졌을까? 공식 데이터에 따르면 의료 분야에서 귀중한 지원을 제공할 수 있습니다. 이 미세한 로봇이 환자에게 주입되어 무선 통신의 역할과 기타 여러 작업을 나노 단위로 수행할 계획입니다.

지금까지 나노로봇은 인간에게 실험된 적이 없다고 주장하지만, 지난 10~20년 동안 나노로봇은 이미 전 세계 많은 사람들의 몸에 들어왔다는 사실이 있다. 인간의 내부 세포는 모든 신체 시스템의 기능을 방해합니다.

이 분야의 여러 자원 봉사자들은 과학 출판물에 실린 일부 나노봇의 사진과 인체에서 추출한 나노봇의 확대 사진을 비교했습니다. 사진은 아래에 나와 있습니다.

일반적인 배경은 13년 동안 자신의 몸이 이해할 수 없고 분명히 기적적인 생물에 의해 점차 파괴되는 모습을 지켜본 미국인의 몸에서 추출한 나노로봇의 사진입니다. 오른쪽 - 과학 저널 "Advanced Materials"의 나노 로봇 사진.

질문: 과학 저널에 발표된 것과 동일한 나노 로봇은 인체에서 어디에서 왔습니까?

그리고 최악의 상황은 전 세계적으로 그런 환자들이 점점 더 많아지고 있다는 것입니다. 아무도 이에 대해 설명하지 않습니다. 연구가 진행되고 있지 않습니다. 연구를 하려는 과학자와 의사들은 불가사의한 상황에서 사망합니다. 일부 의사들이 사람의 몸에서 발견된 이러한 나노로봇을 분석할 때 겨우 알아낸 것은 그들이 주로 실리콘으로 구성되어 있고 다른 많은 병원체를 자신에게 유인한다는 것입니다.

인류는 여전히 나노로봇을 필요로 하는가? 그들이 실제로 무엇을 위해 만들어 졌는지 - 입문자 만 압니다.

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