Живые организмы одновременно вдохновляют и сложно поддаются воссозданию при помощи робототехники. Взяв за основу идею о воссоздании робота, близкого к живому организму, ученые из Японии разработали наноробота, который перемещается как живая клетка. Робот размером 1 микрон способен изменять форму, реагируя на сигнальные молекулы.
Былая фантастика воплотилась в жизнь: исследователи разрабатывают микро- и нанороботов, свободно перемещающихся по телу, коммуницирующих друг с другом, выполняющих задачи и распадающихся после.
Ниже представляем 5 фактов о нанороботах.
1. У нанороботов сложное управление и питание.
Две сложные задачи в разработке микро- и нанороботов – перемещение и подвод питания из-за отсутствия двигателя или аккумулятора. Часть роботов перемещается в потоке крови и подвод питания осуществляется либо химическим путем, либо через магнитные поля или иными способами, включая световое, тепловое или электрическое воздействие. В декабре исследователи Швейцарской высшей технической школы в г. Цюрих (Швейцария) показали, что проволокообразный наноробот направляется через беспроводную связь на нужный сайт, а далее идет воздействие магнитными полями для выпуска препарата и уничтожения раковых клеток. Одним из лучших роботов профессор Джозеф Ванг из Калифорнийского университета в Сан-Диего (кафедра наноинжиниринга) считает «наноракету», которая перемещается в желудке или желудочно-кишечном тракте, используя желудочный сок как топливо.
Другой пример – японский молекулярный робот, похожий на амебу и состоящий из заполненного жидкостью мешочка из биологических и химических компонентов. Молекулярные компоненты работают согласованно: растягивают и изменяют форму мешочка, продвигаясь через жидкостную среду. Перемещение начинается и прекращается через сигналы ДНК, реагирующей на свет.
2. Нанороботы проводят операции.
Робот-ассистированная хирургия помогает транслировать движения рук хирурга в точные движения робота внутри тела пациента. Представьте операцию в наномасштабе. Ученые разрабатывают наносверла, микрозажимы и другие инструменты, вводящиеся для перемещения в другие части тела, затем захватывают или удаляют нужные ткани. Так получают образец клеток для биопсии.
Наноинженер Номура, разработавший японского молекулярного робота, считает функционирование робота в клетке человека очередной задачей. Молекулярный робот проникает в клетку и ее ядро для диагностики, поиска очагов заражения и т.д. В недавнем исследовании ученые сконструировали трубкообразного микроробота, который проводил операцию, вводящего иглу в заднюю стенку глаза живого кролика. Движения робота контролировались.
3. Нанороботы используют роевый интеллект.
Микро- и нанороботы не работают по одному; для выполнения одной задачи требуются сотни и тысячи единиц. Ванг говорит: «Микророботы формируют группы для проведения совместных действий».
Для решения задачи ученым необходимо ввести небольшую дозу нанороботов с роевым интеллектом и децентрализованной коммуникации. В статье говорится, что операция проводится через использование спланированного группового движения и машинного обучения.
В российском проекте под названием «Нанороботы для биомедицины» наночастицы научили выполнять действия, руководствуясь биохимическими реакциями и булевыми формулами для анализа клеток и доставки молекулярной нагрузки. Концепция проекта заключалась в трансформации нано- и микрочастиц в автономные биокомпьютерные структуры, способные применять логические операторы («Да», «Нет», «И», «Или») и связываться с биомишенью после результатов вычислений. Функциональность логических операторов встраивалась в самособирающиеся частицы / биомолекулярные интерфейсы, активирующие вычисления после введения структурных компонентов.
4. Нанороботы самоуничтожаются после завершения задачи.
Пациенты не хотят, чтобы их тело кишело нанороботами. После завершения задачи (операции, доставки препарата и т.д.) наноробот самоуничтожается. Ученые делают роботов из биоразлагаемых материалов, которые остаются в теле пациента в течение ограниченного времени, а затем выводятся или исчезают после завершения работы.
5. Нанороботы используются в живых организмах.
Нанорокета Ванга была первым микромотором, тестируемым на живой модели мыши. По словам Ванга, лаборатории проводят технологические испытания на животных, включая испытания, проводящиеся в Швейцарской высшей технической школы в г. Цюрих и Университете Монреаля. При положительных результатах тестов in vivo будут проводиться клинические испытания на людях.
По информации в обзоре команды наноинженеров из Университета Калифорнии в Сан-Диего в журнале Science Robotics, нанороботы станут использоваться в медицине при диагностике, лечении и предотвращении заболеваний.
В обзоре раскрываются 4 области медицины, в которых нанороботы успешно применялись при экспериментальной проверке концепции: сайт-специфической доставки препарата, прецизионной хирургии, зондирования биомишеней и детоксикации.
Материал: сайт robot-davinci.ru
