Нанороботы

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.

Уровень развития технологии

На данный момент (2009), нанороботы находятся в научно-исследовательской стадии создания. Некоторыми учёными утверждается, что уже созданы некоторые компоненты нанороботов^[3]^[4]^[5]^[6]^[7]. Разработке компонентов наноустройств и непосредственно нанороботам посвящен ряд международных научных конференций^[8]^[9].

Уже созданы некоторые примитивные прототипы молекулярных машин. Например, датчик, имеющий переключатель около 1,5 нм, способный вести подсчет отдельных молекул в химических образцах^[10]. 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^[11]. 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 DNA origami, благодаря которому устройство собирается в автоматическом режиме.

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. «сервисный туман») и которые способны к самостоятельной репликации в окружающей среде («серая слизь» и др. варианты). Нанороботы широко описаны в научной фантастике, так в фильме Терминатор 2: Судный день, робот T-1000 наглядно демонстрирует потенциальные возможности использования нанороботов в военной технике. Кроме слова «наноробот» также используют выражения «нанит»^[12], «наноген» и «наномуравей», однако, технически правильным термином в контексте серьезных инженерных исследований все равно остается первоначальный вариант.

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, еще 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.

молекулярный мотор

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 в специализированных медицинских нанофабриках.

молекулярный пропеллер

В связи с развитием направления научных исследований нанороботов сейчас наиболее остро стоят вопросы их конкретного проектирования, такие как зондирование, силовые связи между молекулами, навигация, инструментарий для манипуляций, двигательный аппарат, молекулярные моторы и бортовой компьютер, предназначенный для решения медицинских задач. Хотя большая часть этих задач еще не решена и отсутствуют детальные инженерные предложения, создано «Сотрудничество по разработке нанофабрик»^[13] , основанное Робертом Фрейтасом и Ральфом Меркле в 2000 году, деятельность которого сосредоточена на разработке практической программы исследований ^[14], которая направлена на создание контролируемой алмазной механосинтетической нанофабрики, которая будет способна к производству медицинских нанороботов на основе алмазных соединений.

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^[15]^[16]^[17]
Биомедицинский инструментарий^[18]
Хирургия^[19]^[20]
Фармакокинетика^[21]
Мониторинг больных диабетом^[22]^[23]^[24]
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
Космические исследования и разработки (например, зонды фон Неймана, способные нести на околоземной орбите пушку Гаусса)