Помощничек
Главная | Обратная связь


Археология
Архитектура
Астрономия
Аудит
Биология
Ботаника
Бухгалтерский учёт
Войное дело
Генетика
География
Геология
Дизайн
Искусство
История
Кино
Кулинария
Культура
Литература
Математика
Медицина
Металлургия
Мифология
Музыка
Психология
Религия
Спорт
Строительство
Техника
Транспорт
Туризм
Усадьба
Физика
Фотография
Химия
Экология
Электричество
Электроника
Энергетика

http://www.newscientist.com/home.ns

НАНОРОБОТЫ

(Nanorobots)


 

 


Робот не может причинить вреда человеку или своим бездействием допустить, чтобы человеку был причинен врет,.

Робот должен выполнять приказы человека кро ме приказов, противоречащих Первому закону.

Робот должен заботиться о своей безопаснос­ти, если это не противоречит Первому и Второму законам.

Айзек Азимов «Законы робототехники»


 

 



 

Человечество во все времена стремилось улучшить условия своего существования. Для этого в первобытном обществе люди исполь­зовали различные орудия труца, несколько поз­же они приручили диких животных, которые стали приносить пользу человеческому сооб­ществу. Шли годы, менялся мир, менялись люди и их потребности. Теперь большинство из нас уже не может представить себе жизнь без современных благ цивилизации, достиже­ний науки, техники, медицины. Следующим шагом в этом развитии, по мнению многих ученых, станет освоение нанотехнологий, а в частности систем очень малого размера, спо­собных выполнять команды людей. Таких по­слушных существ называю г нанороботами Кста­ти, автором слова «робот > я^яется чешский дра­матург К. Чапек, который в 1920 г. назвал этим словом придуманное им человекоподобное су­щество (робот — немного измененное чешское robota, которое переводится как «принудитель­ный труд*): «Роботы — это не люди... они ме­ханически совершеннее нас, они обладают не­вероятно сильным интеллектом, но у них нет души».

Впервые понятие наноробота или молеку­лярного ассемблера появилось в нашумевшей книге Эрика Дрекслера (Eric Drexler) из Мас- сачусетского технологического института «Ма­шины созидания: наступление эры нанотехно­логий» (1986 г.). По мнению Дрекслера, будущее молекулярной технологии и нанотехнологии состоит в создании функциональных структур и устройств путем их поатомной сборки с по­мощью программируемых роботов (рис. 1), а также в разработке самих молекулярных робо­тов, способных «строить» из атомов различные обьекты. Конструирование таких машин пред­полагалось осуществлять путем формирования химических связей за счет механического сбли­жения электронных оболочек атомов Нанома- нипулятор, описанный Дрекслером, состоял из 4x10 атомов, а робот, снабженный молекуляр­ным компьютером, вспомогат ельными механиз­мами и т.д., содержал ~1хК' лтомоз Однако, возможности отдельного робота, оказываются весьма ограничены, в связи с его малыми раз-

Рис. 1. Контроллер малых перемещений или «рука наноробота». Институт молекулярной сборки. США, © IMM, www.imm.org

 

мерами, что, по мнению Дрекслера, требует со­здания наномашин, способных к самовоспро- изводс гву — го есть размножению или репли­кации. В основе идей о самореплицирующихся структурах лежит теория фон Неймана (1940 г.), согласно которой репликация является осно­вой природных механизмов развития, а сам процесс репликации используется как в кле­точной инженерии, так и при воспроизводстве живых организмов Дрекслер сам же описал опас­ность создания таких систем: выход из-под кон- гроля процесса репликации из-за возникновения ошибки в программе отдельного робота репли­катора, может привести к техногенной катастро­фе (см. Серая слизь). Идеи Дрекслера вызвали волну неприязни к нанотехнологиям со стороны населения Впрочем, эти полуфантастические про гнозы оказались противоречащими законам тер­модинамики, а технологический прогресс про­должил движение вперед.

На сеюдняшний день уже существует не­сколько прототипов нанороботов — устройств размером в десятки нанометров, которые могут самостоятельно манипулировать частицами атомных и молекулярных размеров. Одним из них является экземпляр, созданный химиками Нью-Йоркского университета, которые впер­вые в мире сконструировали прямоходящего двуногого наноробота В качестве исходного ма­териала Н. Симан и У. Шерман воспользова­лись мелкими фрагментами двухцепочечных и одноцепочечных молекул ДНК. Шагающий наноробот существует в миллионах копий, плавающих в буферном растворе. Внешне он напоминает щипцы для конфет — две двухце- почечные ДНК-вые ноги длиной в Ш наномет­ров, упруго соединенные на одном конце и сво­бодные на противоположном (рис. 2). Каждая нога образована тридцатью шестью нуклео- тидными парами, которые удерживаются во­дородными связями по обычной для ДНК схе­ме: аденин напротивтимина, а гуанин напротив цитозина. С их свободных концов свисают со­всем уж коротенькие хвостики — кусочки од- ноцепочечной ДНК. Чтобы понять, как движется робот, посмотрим на схему. Он «ступает» по


 

 


Рис. 2. Схема движения наноробота (комментарии к схеме в тексте)


особым опорам, тоже изготовленным из ДНК, которые вытянуты вдоль ДНК-вой молекулы- дорожки В начальный момент обе ноги фикси­руются на соседних опорах с помощью двух од- ноцепочечных спиралей ДНК, действующих подобно якорям. Этот молекулярный якорь с одного конца комплементарен «хвостовым при­даткам» ноги, а с другого — вершине опоры, благодаря чему он и удерживает их вместе. Та­кая позиция изображена на первом рисунке схе­мы (рис. 2). Надо отметить, что концевые учас­тки ног не комплементарны опорам, и поэтому робот не может «устоять» без помощи якорей. Первый этап шага состоит в отделении правой ноги от опоры. Чтобы это произошло, свободно плавающая в буфере спираль ДНК (желтая по­лоска на втором рисунке схемы) вступает с пра­вым якорем в химическую связь и отводит его в сторону. Незакрепленная нога перемещается вправо (третий рисунок) и зависает над следую­щей подставкой. Здесь к ней подсоединяется оче­редной молекулярный якорь, который притя­гивает ее к новой опоре, — и полшага сделано (четвертый рисунок). Когда то же самое проис­ходит и с левой ногой (пятый и шестой рисун­ки), робот перемещается на одну позицию впра­во. Интересно, что абсолютно аналогичный принцип используется при перемещении белка миозина по фибриллам в живых организмах.

Наиболее вероятно, что одной из первых областей, где найдут применения таланты на- нороботов, станет наномедицина. Наноробот, введенный в организм человека, сможет само­стоятельно передвигаться по кровеносной, лим­фатической и нервной системам, не нанося при перемещении вреда организму (рис. 3). На своем пути он сможет изменить характеристики тка­ней и клеток, уничтожить микробов и мо­лодые раковые клетки. Так, в Монреальском университете под руководством профессора С. Мартеля был создан прототип системы уп­равления и слежения за нанороботом в живом организме. В качестве модели робота они ис-

Литература

Http://www.imm.org

2. http://www.inauka.ru/

http://www.newscientist.com/home.ns

Рис. 3. Искусственная клетка-наноробот охотится за патогенами в крови человека. Институт молекулярной сборки. США, © IMM, www.imm.org
пользовали железный шарик диаметром в пол­тора миллиметра, который испытывали в арте­рии живой свиньи. Для управления сферой канадцы разработали изящный способ они за­ставили управлять «роботом» прибор, одновре­менно контролирующий передвижение сферы по телу животного, — обычный магниторезо- нансный томограф. Ученые аккуратно прове­ли шарик по кровеносным сосудам со ско­ростью до 10 см/с. Сегодня уже предложены или разрабатыва­ются составные части нанороботов: — навигационные системы (для определе­ния местонахождения и определения маршру­та передвижения); — наносенсоры (для мониторинга окружаю­щей среды, участия в навигации и коммуника­ции при работе с отдельными молекулами); — наноманипуляторы (наноактюаторы для выполнения непосредственных действий с объектом); — устройства приема и передачи информации. Осталось лишь собрать их вместе...

4.http://www.sciencedai)y.com/


НАНОСЕНСОРЫ

(Nanosensors)


 

 


А нюх — как у собаки, а глаз — как у орла. Из мультфильма «Бременские музыканты»

Наночастицы обладают необычным сочета­нием свойств: помимо значительной площади поверхности на единицу объема, которая обус­ловливает высокую поверхностную реакцион­ную способность, они имеют нанометровые размеры, обеспечивающие значительные ско­рости проникновения в любые макрообъекты. Эти свойст ва находят применения в сенсорных наноматериалах.

Давайте рассмотрим принцип работы нано- сенсора, который представляет собой ансамбль нанопроволок кремния диаметром 2-3 нм, об­ладающих проводимостью р-типа (рис. 1). Из­начально поверхность т аких мельчайших про­волочек покрыта тонким слоем оксида кремния. Затем эту поверхность модифицируют. выдер­живая материал в специальном растворе, что­бы «пришить» на поверхность оксида кремния

функциональные группы (например, амино- Флуоресцирующие наносенсоры


 

 


Рис. 1. Схематичное изображение сенсорных нанопроволок кремния с привитыми на них антителами (зеленый цвет), которые связываются с определенными молекулами белка (красный цвет)


группы), которые будут являться рецепторами на определенные макромолекулы (вирусы или белки). Когда наносенсор с привитым рецеп­тором выдерживают в буфере, содержащем положительно заряженные макромолекулы белка, химическое взаимодействие между ре­цептором и определяемым объектом приводит к росту поверхностного положительного заря­да и уменьшению проводимости.

Одним из наиболее ярких примеров нано- сенсора является электронный нос, способный за считанные минуты осуществить химиче­ский анализ пробы. Важным является при­менение наносенсоров в ранней диагностике заболеваний, в частности, рака. В тело чело­века через пластырь на коже, путем инъек­ции или вместе с пишей вживляют крошеч­ные сферические резервуары из дендримеров, покрьпых специальными химическими реак­тивами. При этом благодаря маленькому раз­меру (всего около 5 нм) на небольшом участ­ке пространства можно разместить миллиарды подобных наносенсоров Оказавшись внутри тела и проникнув в лимфоциты (белые кро­вяные клетки, обеспечивающие защитную ре­акцию организма против инфекции и других болезнетворных факторов), наносенсоры на­чинают флуоресцировать, koi да структура клетки изменяется в результате иммунного огвета организма Остается лишь зафиксиро­вать это свечение особыми приборами — и диагноз поставлен.


 

 


Литература

1.Patolsky F., Lieber С.М. Materials foday. 2005. Vol. 8. P 20-28

2.Lang H.P., HegnerM., Gerber C. Materials today. 2005. Vol 8 P 30 -36.




©2015 studopedya.ru Все права принадлежат авторам размещенных материалов.