Современная наука и инженерия нуждаются в помощи роботизированной техники для решения различных задач. При этом проблемы, все чаще встающие перед учеными, требуют создания не гигантов, способных вырыть котлован одним движением ковша, а крошечных, невидимых глазу машин. Эти продукты инженерии непохожи на роботов в привычном понимании, однако способны самостоятельно выполнять сложные задачи по имеющимся алгоритмам. Такие машины называют нанороботами. Микроскопические роботы могут решать массу важных для человечества задач, совершить переворот в медицине, уничтожать вредные отдходы и даже готовить необходимую людям инфраструктуру для жизни на других планетах.
Ученые вплотную приблизились к тому, чтобы создавать нанороботов. Материалы для этого есть: наночастицы, нанотрубки, графен, различные белки. Все они очень хрупкие — чтобы их изучать, нужны новые, более совершенные микроскопы, не повреждающие устройство в процессе исследования.
Такой робот должен быть из биосовместимого материала, не отторгаемого организмом, ему также понадобятся источник питания и память. Батарейка здесь не поможет, поскольку она увеличивает размер устройства, да и подобрать биосовместимый материал для нее непросто. Проблема решается с помощью пьезоэлектриков — материалов, которые вырабатывают энергию при механическом воздействии на них, например сжатии. Существует и обратный эффект — в ответ на воздействие электрическим полем структуры из пьезоэлектриков меняют свою форму.
Можно запустить биосовместмые пьезоэлектрические нанороботы в кровеносные сосуды, и они преобразуют их пульсацию в электроэнергию. Другой вариант — питать устройства за счет движения суставов и мышц. Но тогда нанороботы не смогут действовать постоянно, в отличие от тех, что в сосудах. В любом случае для нанороботов необходимо подобрать подходящие материалы и точно определить, с какой силой нужно надавить на устройство, чтобы в нем возник электрический импульс.
Объемное изображение объекта или поверхности на наноуровне получают с помощью атомно-силового микроскопа. Работает он следующим образом: атомы в любом веществе взаимодействуют между собой, причем по-разному, в зависимости от расстояния. На больших расстояниях они притягиваются, но при сближении электронные оболочки атомов отталкиваются друг от друга.
За 30 лет развития атомно-силовой микроскопии ученые научились определять не только рельеф поверхности образца, но и свойства материала: механические, электрические, магнитные, пьезоэлектрические. И все эти параметры можно измерить с высочайший точностью. Это весьма способствовало прогрессу материаловедения, нанотехнологий и биотехнологий.
На первое место сейчас вышел вопрос применения нанороботов в медицине. Тело человека как бы наталкивает на мысль о нанороботах, поскольку само содержит множество естественных наномеханизмов: множество нейтрофилов, лимфоцитов и белых клеток крови постоянно функционируют в организме, восстанавливая поврежденные ткани, уничтожая вторгшиеся микроорганизмы и удаляя посторонние частицы из различных органов. Путем обычной инъекции нанороботы могут быть впрыснуты в кровь или лимфу. Для наружного применения раствор с этими роботами может быть нанесен на участок ткани. Одним из разработанных направлений является транспортировка лекарства к пораженным клетками. При обычном введении лекарства лишь одна молекула из ста тысяч достигает цели, в то время как наноустройство в белковой оболочке увеличивает эффективность на два порядка, в перспективе не будет опознаваться фагоцитами как «чужой» и после выполнения функции распадается на безвредные компоненты. Такие нанороботы могут быть эффективными, например, при медикаментозном лечении раковых опухолей.
Существуют, однако, и опасения по поводу наномеханики. Так, упомянутая выше книга «Машины Созидания» повествует о сбое в программе роботов, в силу чего они превращают всю землю в месиво из самих себя. Данные взгляды не являются прерогативой фантастов, их поддерживает ряд ученых, которых в прессе иногда называют наноапокалиптиками.
Сможем ли мы создать на основе наномеханики мир, свободный от голода, нужды и при этом имеющий потенциал к развитию, или дорога из желтого нанокирпича приведет нас к хаосу новых войн будет зависеть от нас самих, но ясно одно: мир меняется и мы стремительно меняемся вместе с ним.
