Наноробот

Нано-шестерня

Наноро́боты, или нанобо́ты — роботы, размером сопоставимые с молекулой (менее 10 нм), обладающие функциями движения, обработки и передачи информации, исполнения программ.

Нанороботы, способные к созданию своих копий, то есть самовоспроизводству, называются репликаторами^[1][2]. Возможность создания нанороботов рассмотрел в своей книге «Машины создания» американский учёный Эрик Дрекслер.

Другие определения описывают наноробота как машину, способную точно взаимодействовать с наноразмерными объектами или способной манипулировать объектами в наномасштабе. Вследствие этого, даже крупные аппараты, такие как атомно-силовой микроскоп можно считать нанороботами, так как он производит манипуляции объектами на наноуровне. Кроме того, даже обычных роботов, которые могут перемещаться с наноразмерной точностью, можно считать нанороботами.

Кроме слова «наноробот» также используют выражения «нанит»^[3] и «наноген», однако, технически правильным термином в контексте серьёзных инженерных исследований все равно остается первый вариант.

Уровень развития технологии

На данный момент (2009), нанороботы находятся в научно-исследовательской стадии создания. Некоторыми учёными утверждается, что уже созданы некоторые компоненты нанороботов^{[4][5][6][7][8]}. Разработке компонентов наноустройств и непосредственно нанороботам посвящен ряд международных научных конференций^[9][10].

Уже созданы некоторые примитивные прототипы молекулярных машин. Например, датчик, имеющий переключатель около 1,5 нм, способный вести подсчет отдельных молекул в химических образцах^[11]. Недавно университет Райса продемонстрировал наноустройства для использования их в регулировании химических процессов в современных автомобилях.

Одним из самых сложных прототипов наноробота является «DNA box», созданный в конце 2008 года международной группой под руководством Йоргена Кьемса^[12]. Устройство имеет подвижную часть, управляемую с помощью добавления в среду специфических фрагментов ДНК. По мнению Кьемса, устройство может работать как «ДНК-компьютер», т.к на его базе возможна реализация логических вентилей. Важной особенностью устройства является метод его сборки, так называемый ДНК оригами (англ.), благодаря которому устройство собирается в автоматическом режиме.

В 2010 году были впервые продемонстрированы нанороботы на основе ДНК, способные перемещаться в пространстве^[13][14][15].

Теория нанороботов

Так как нанороботы имеют микроскопические размеры, то их, вероятно, потребуется очень много для совместной работы в решении микроскопических и макроскопических задач. Рассматривают стаи нанороботов, которые не способны к репликации (т. н. «утилитарный туман») и которые способны к самостоятельной репликации в окружающей среде («серая слизь» и др. варианты).

Некоторые сторонники нанороботов в ответ на сценарий «серой слизи» высказывают мнение о том, что нанороботы способны к репликации только в ограниченном количестве и в определенном пространстве нанозавода. Кроме того, ещё только предстоит разработать процесс саморепликации, который сделает данную нанотехнологию безопасной. Кроме того, свободная саморепликация роботов является гипотетическим процессом и даже не рассматривается в текущих планах научных исследований.

Однако, имеются планы по созданию медицинских нанороботов, которые будут впрыскиваться в пациента и выполнять роль беспроводной связи на наноуровне. Такие нанороботы не могут быть получены в ходе самостоятельного копирования, так как это вероятно приведет к появлению ошибок при копировании, которые могут снизить надежность наноустройства и изменить выполнение медицинских задач. Вместо этого нанороботов планируется изготавливать на специализированных медицинских нанофабриках.

Конструкция нанороботов

молекулярный пропеллер

В связи с развитием направления научных исследований нанороботов, сейчас наиболее остро стоят вопросы их конкретного проектирования. Одной из инициатив по решению этой проблемы является «Сотрудничество по разработке нанофабрик»^[16] , основанное Робертом Фрайтасом и Ральфом Меркле в 2000 году, деятельность которого сосредоточена на разработке практической программы исследований ^[17], которая направлена на создание контролируемой алмазной механосинтетической нанофабрики, которая будет способна к производству медицинских нанороботов на основе алмазных соединений.

Для этого разрабатываются технологии зондирования, управления силовыми связями между молекулами и навигации. Создаются проекты и прототипы инструментария для манипуляций, двигательного аппарата (молекулярные моторы) и "бортового компьютера".

Двигательный аппарат

Основная статья: Молекулярные моторы

молекулярный мотор

Молекулярные двигатели — наноразмерные машины, способные осуществлять вращение при приложении к ним энергии. Главной особенностью молекулярных моторов являются повторяющиеся однонаправленные вращательные движения происходящие при подаче энергии. Для подачи энергии используются химический, световой метод, а также метод туннелирования электронов.

Кроме молекулярных двигателей, создаются также наноэлектродвигатели, сходные по конструкции с макроскопическими аналогами^[18], проектируются двигатели, принцип работы которых основывается на использовании квантовых эффектов^[19].

Потенциальная сфера применений

Первое полезное применение наномашин, если они появятся, планируется в медицинских технологиях, где они могут быть использованы для выявления и уничтожения раковых клеток. Также они могут обнаруживать токсичные химические вещества в окружающей среде и измерять уровень их концентрации.

• Ранняя диагностика рака и целенаправленная доставка лекарств в раковые клетки^[20][21][22]
• Биомедицинский инструментарий^[23]
• Хирургия^[24][25]
• Фармакокинетика^[26]
• Мониторинг больных диабетом^[27][28][29]
• Производство посредством молекулярной сборки нанороботами устройства из отдельных молекул по его чертежам
• Военное применение в качестве средств наблюдения и шпионажа, а также в качестве оружия. Потенциальные возможности использования нанороботов в качестве оружия демонстрируются в некоторых фантастических произведениях (Терминатор 2: Судный день, День, когда остановилась Земля (фильм, 2008), Бросок кобры).
• Космические исследования и разработки (например, зонды фон Неймана)

Нанороботы в массовой культуре

Идея нанороботов широко используется в современной научной фантастике.

Книги:

• «Осмотр на месте», роман (1982) Станислава Лема — Так называемые «шустры», которыми наполнена вся среда обитания, обеспечивают жителям максимальный уровень безопасности и комфорта. Молниеносно реагируя на изменения обстановки, безотказные и вездесущие шустры предотвращают любые травмы, нейтрализуют инфекции и даже могут преобразовать живой организм в практически бессмертный агрегат.
• «Трансчеловек (роман)», автора Юрия Никитина — сюжет романа опирается на технологический прогноз развития нано-, био-, инфо-, когно- и других сверхтехнологий.
• «Секретные материалы», книга «Антитела» — основной сюжет разворачивается вокруг секретных разработок наномашин, «нанокриттеров».
• «сеть "НАНОТЕХ"» Александра Лазаревича — рассказывает о нанороботах, способных самовоспроизводиться и образовывать между собой информационную сеть по инфракрасному каналу связи, а также синтезировать «из воздуха» любые предметы (добывая из содержащегося в воздухе углекислого газа углерод, и используя его в качестве строительного материала). То есть, любой человек, подсоединившийся к сети, может «вырастить» для себя любой предмет, описание которого хранилось в сети.
• «Зона смерти» — весь сюжет построен на катастрофе, в ходе которой нанороботы вышли из-под контроля и образовали в зоне отчуждения множество агломераций, основанных на различных свойствах нанитов: добывающих, строительных и т. д.
• В романе Рейнольдса «Город бездны» в результате сбоя работы нанороботов в теле человека, происходила неконтролируемая трансформация тела, зачастую со слиянием с техникой, использующей нанотехнологии (Комбинированная Эпидемия).

Фильмы:

• «Агент Коди Бэнкс» — ученый создаёт нанороботов для очистки воды от нефти, но антагонисты фильма хотят использовать их против своих врагов.
• «Бросок кобры» — террористы с помощью «наномитов» рушат Эйфелеву башню.
• «Звёздный путь» - раса Боргов ставит своей целью ассимиляцию Вселенной с помощью нанороботов, впрыскиваемых в кровь.
• «День, когда Земля остановилась» (2008) — инопланетяне разрушают земную технику и людей при помощи нанороботов.
• «Доктор Кто (телесериал, 1 сезон)» — заброшенные из космоса "наниты" берут за образец мальчика в противогазе (действие происходит на территории Лондона во время ВОВ) и начинают реконструировать всех людей в городе "сращивая" с противогазом.
• «Внешние пределы» (также «За гранью возможного») 1995 года, носящая название «The New Breed», рассказывает о нанороботах, вышедших из под контроля в теле человека. В этом же сериале, в 3 серии 5 сезона — «Маленькие друзья» рассказывается о летающих нанороботах, способных ремонтировать любую технику, открывать замки и даже убивать.
• Телесериал «Звездные Врата» — нанороботы называются «Репликаторы»
• «Трансформеры» — рассказывается о конфликте инопланетных роботов, состоящих из нанороботов, вследствие чего способных копировать любую технику и объекты.
• «Я, робот» — наниты используются для разрушения кибернетического мозга здания-суперкомпьютера.

Анимация:

• «Кровь триединства» — с нанороботами в крови, человек управляет ими и приобретает практически неограниченные возможности.
• «Черепашки-ниндзя» (2003) — стая нанороботов, созданная противниками главных героев, способная принимать любые формы и обладающая детским разумом.
• «Генератор Рекс» — по сюжету в результате экспериментов взорвался комплекс по изучению «нанитов» и ими было заражена ВСЯ живая природа Земли, спустя некоторое время некоторые живые существа начали мутировать под действием «нанитов» и становиться «Е. В.О» Чтобы избежать угрозы была создана секретная организация «Провидение», во время 1 из вылазок против «Е. В.О» агент «Провидение» обнаружил мальчика Рекса, который тоже оказался «Е. В.О», но в отличие от монстров умел контролировать «наниты», и таким образом выводить мутирующие «наниты» из организма «Е. В.О», тем самым излечивая его. По мере развития мультфильма у Рекса появляются новые способности такие как различное оружие и транспортные средства (которые создают наниты).

Музыка:

• «Nanobots» — композиция группы Re-zone.

Игры:

• «Crysis» — игрок облачён в нанокостюм. Сварочный аппарат в сетевой игре ремонтирует любую технику по принципу создания миллионов нанороботов.
• «Deus Ex» — сюжеты основаны на широком распространении нанороботов в будущем.
• «Microbot» — игрок управляет нанороботом внутри человеческого организма и уничтожает вражеские нанороботы и вирусы.
• «Red Faction: Guerrilla» — есть «нановинтовка», стреляющая стаей нанороботов («нанитов»), которая при соприкосновении с любым твёрдым веществом мгновенно разбирает его на молекулы.
• «Враждебные Воды: Территория Смерти» — нанотехногия собирает и разбирает всё что угодно на молекулярном уровне.

См. также

• Квантовый робот
• ДНК-компьютер
• Молекулярный компьютер
• Квантовый компьютер
• Киберпанк
• Умная пыль

Примечания

1. ↑ Э.Дрекслер. Машины созидания: грядущая эра нанотехнологии, 1986.
2. ↑ Джон Роберт Марлоу: война с репликаторами | Нанотехнологии Nanonewsnet
3. ↑ Нанороботы — будущий триумф или трагедия для человечества? — Нано Дайджест
4. ↑ MEMBRANA | Мировые новости | Нанотехнологи изобрели колёсную пару
5. ↑ MEMBRANA | Мелких ходоков научили таскать молекулярные тяжести
6. ↑ MEMBRANA | Мировые новости | Двуногая молекула самостоятельно ходит по плоскости
7. ↑ MEMBRANA | Мировые новости | Одномолекулярный автомобиль получил мотор
8. ↑ MEMBRANA | Мировые новости | Построен ездящий одномолекулярный автомобиль
9. ↑ Workshop «Trends in nanomechanics and nanoengineering»
10. ↑ http://www.rtc.ru/conference/confrob20-inf.shtml
11. ↑ http://www.ras.ru/FStorage/download.aspx?Id=9adcb47a-a5ec-40e8-8d21-13f932965350
12. ↑ Self-assembly of a nanoscale DNA box with a controllable lid : Article : Nature
13. ↑ Ученые создали на основе молекул ДНК четырехногого робота  (рус.), РИА Новости (14 мая 2010). Проверено 14 мая 2010.
14. ↑ Hongzhou Gu, Jie Chao, Shou-Jun Xiao and Nadrian C. Seeman A proximity-based programmable DNA nanoscale assembly line (англ.) // Nature. — 2010. — Т. 465. — С. 202–205.
15. ↑ Kyle Lund et al. Molecular robots guided by prescriptive landscapes (англ.) // Nature. — 2010. — Т. 465. — С. 206–210.
16. ↑ Nanofactory
17. ↑ Positional Diamondoid Molecular Manufacturing
18. ↑ Rotational actuators based on carbon nanotubes : Article : Nature
19. ↑ Элементы — новости науки: Предложена модель атомного квантового двигателя
20. ↑ Нанотехнологии о раке
21. ↑ Технология борьбы с раком
22. ↑ Доставка лекарств
23. ↑ Проектирование медицинских устройств
24. ↑ Neurosurgery
25. ↑ Крошечные роботы для использования в хирургии
26. ↑ Целевые лекарства
27. ↑ Нанороботы в терапии диабета
28. ↑ Nanorobotics for Diabetes
29. ↑ Wellness Engineering, Nanorobots, Diabetes

Литература

• В. Ю. Попов, ДНК Наномеханические роботы и вычислительные устройства, 2008

Ссылки

• Американские учёные создали первого в мире наноробота
• Нанороботы — будущий триумф или трагедия для человечества?
• В Японии разработан первый «наномозг» для нанороботов
• Ученые научили наноробота ходить и работать с ДНК
• Нанороботы изменят мир уже через несколько лет, «Мембрана», 4 января 2002 г
• Попов В.Ю. ДНК наномеханические роботы и вычислительные устройства
• Наноробототехника  (англ.)
• Ученые создали нанороботов из ДНК