2023'teki nanobotların geleceği

Özet

Doğal bir felaket sonrası enkaz altında sıkışıp kalmış olduğunuzu düşünün ve bir taşın altından bir hamam böceği sürünerek içeri giriyor. Birkaç dakika sonra enkaz kaldırılıyor ve siz güvenli bir şekilde çıkarılıyorsunuz. Bir dakika - bir hamam böceği hayatınızı mı kurtardı? Tam olarak öyle değil. Japonya'daki araştırmacılar, depremler sonrası enkaz altında kalan hayatta kalanları bulmak için gerçekten siborg hamam böcekleri yarattılar, ancak bizim bahsettiğimiz şey bu değil. Biz, böcekler gibi küçük canlıların hareketlerini taklit etmek üzere tasarlanmış mikrobotlardan bahsediyoruz. Bu mikrobotlar, arama kurtarma işlemlerinden incelemeye, hatta uzay keşfine kadar insanların ulaşamayacağı yerlere ulaşmak için kullanılıyor.

Mikrobotlar en çok biyoteknoloji sektöründe, hastalıkları izlemek ve tedavi etmek için tanısal ve hedefe yönelik terapötikler geliştirmek amacıyla kullanılıyor. Ancak bunlar, çevresel izleme, toprak iyileştirme, tarımsal araştırma, jet motoru incelemesi ve arama kurtarma gibi alanlarda da kullanıldı. Sadece bu da değil - bu teknoloji son birkaç yılda hızla ilerlediği için çok daha fazla alanda kullanılmaya başlanacak. Bu raporda, küçük robotların nasıl çalıştığını ve ne yapabileceklerini, ardından bu teknoloji ile açılacak en inanılmaz fırsatları ele alıyoruz.

Küçük robotların bugünkü yetenekleri

Herkes otomobil montaj hatlarında kullanılan dev robot kollarını bilir. Buna karşılık, küçük robotların endüstri dışı, esnek olmayan oyuncaklar olduğuna dair bir mit vardır. Ancak birçok endüstriyel üretici, otomotiv elektronik kontrol üniteleri, cep telefonları, tıbbi cihazlar, baskılı devre kartları ve şırıngaları seri üretmek ve monte etmek için küçük robotları kullanır.

Tezgah üstü robotlar, örgü, makine bakımı, parça besleme, test ve denetim görevleri için kullanılır ve montaj hatlarında yapıştırıcıları dağıtabilir, parlatma ve vidaları sıkabilir ve parçaları lehimleyebilir. Bu küçük robotlar genellikle 500 milimetreye kadar olan erişimleri ve 3 kilogramın altındaki taşıma kapasiteleri ile sınıflandırılır. Bir tezgah üstü ünite sadece 12 inç yüksekliğinde, tabanı bir elin avucu büyüklüğünde ve 5 kilogramdan daha hafiftir. Bir diğeri ise 8.5 x 11 kağıt boyutunda.

Sonra, MiGriBot - Miniaturize Gripper Robot var. MiGriBot dünyanın en hızlı mikrobotudur. Bir mikrometre hassasiyetle bir mikro-nesneyi dakikada 720 kez kavrayabilir ve hareket ettirebilir. Bu bir metrenin milyonda biridir. Bu MiGriBot'lar yakında mikro fabrikalar için mini montaj hatları oluşturmak üzere kullanılacak.Akıllı telefonlar, bilgisayarlar veya hatta nanosensorler gibi nanoteknoloji için mikroelektronik montajı yapacaklar. Toksik kimyasalları veya kanser hücrelerini tespit etmek için kullanılabilirler. Ve dev kolların gerekliliği olmaksızın mikroteknolojiyi büyük ölçekte üretme yeteneği, elektriği büyük ölçekte azaltabilir.

Eğer MiGriBot'un küçük olduğunu düşünüyorsanız... Peaky ile tanışın - şimdiye kadar yaratılan en küçük uzaktan kumandalı yürüyen robot. Yalnızca yarım milimetre genişliğinde olan Peaky, bir pireden daha küçüktür. Peakytoe yengeci örnek alınarak geliştirilmiştir, bükülebilir, sürünebilir, dönebilir ve zıplayabilir. Bu mikrobotlar, küçük yapıları onarmak veya minik makineleri monte etmek için tasarlanmıştır. Ancak henüz endüstriyel ölçekte değiller. Bu boyuttaki robotları güçlendirmek bir sorun olabilir. Peaky'nin durumunda, pil gerekli değildir. Hareket yaratmak için bir lazer ışınının vurduğu ve şeklini değiştiren ve yeniden şekillendiren bir şekil-hafıza alaşımı kullanır.

Aynı ekip, böcekler, cırcır böcekleri ve inç kurtlarından esinlenerek milimetre boyutunda robotlar yarattı, ayrıca bir kanatlı mikroçip. Bu çip, bir kum tanesi büyüklüğünde olup, dünyanın en küçük uçan insan yapımı yapısı haline geldi. Bu minik, sensör taşıyan, güneş enerjisiyle çalışan cihazlar karahindibaları taklit eder ve rüzgarla uçarlar. 1 miligramlık bir karahindiba kadar ağır olmasına rağmen, orta şiddette bir esintiyle bir futbol sahası uzunluğunda yol alabilir ve ardından verileri 60 metreye kadar paylaşabilir. Kablosuz sensörleri, çiftlikler veya ormanlar boyunca sıcaklık ve nem değişikliklerini izleyebilir veya sera gazı emisyonları veya hava yoluyla bulaşan hastalıklar gibi hava kirliliğini takip edebilir.

Birçok mikrobot yaratıcısı, biyomimetik kullanır ve mikrobotları, boyutları bir milimetreden daha küçük ve bir mikrometreden daha büyük olan bileşenlerle, dünyamızdaki en küçük organizmalar olan böceklerden sonra şekillendirir. Bu zıplayan böcek bot, yalnızca böceklerin ulaşabileceği yerlerde yapısal değerlendirmeler yapmak veya su örnekleri almak için tasarlanmıştır. Başka bir bot, hayvanların yaylı böcekler kullanma yeteneğini taklit eder ve kendilerini uçuş sırasında düzeltirler.

Küçük, kendi kendine yönlenebilen dronlar, çiçekleri tozlaştırmak üzere arılar gibi düşünüp hareket etmek üzere tasarlanmıştır. Tehlikeli ortamları keşfetmek, arama ve kurtarma görevleri yapmak ve doğal ilham kaynağı gibi tarıma yardımcı olmak üzere otonom RoboBee kullanılacak. Bilim insanları, gaz kaçaklarını bulmak veya radyo frekanslarından enerji toplamak için RoboFly kullanmayı planlıyor.

Tarımın ötesinde, böcek ilhamlı botların potansiyel uygulamaları arasında üretim, gözetim ve savunma bulunmaktadır. Sadece 16 gram ağırlığında olan ve dört inç uzunluğunda olan Black Hornet Nano helikopter, fırtınalara dayanacak şekilde inşa edilmiştir. Şu anda 200 bin dolar fiyatla satılan bu helikopter, askeri birimler tarafından durum farkındalığı sağlamak ve savaş alanında potansiyel tehditleri bulmak için kullanılıyor. ABD Donanması, denizcilerin ulaşamadığı yerlerdeki hasarları incelemek için 3D alanlarda tırmanabilen Gecko Robotics Phased Array robotik platformuna sahip. Her iki cihaz da yakında daha küçük robotlarla değiştirilebilir.

Geçen yıl, MIT ve Harvard'dan araştırmacılar gerçek böcekler gibi manevra yapan minik, çevik dronlar. Araştırmacılar, bu hava robotları için 20 saniye süreyle havada kalabilen ve bir kuruşun dörtte birinden daha hafif olan yapay kaslar oluşturdu. Araştırmacılar daha önce birlikte çalışan ve sürüler halinde iletişim kuran otonom su altı kaşifleri oluşturmuştu. Son testler titreşimleri kullanarak yüzlerce ve binlerce mikrobot kolektifinin nasıl hareket ettiğini etkiledi, tam anlamıyla bir kovan zihni gibi çalıştı.

Tüm bu robotların otonom olarak çalışabilmesi için, bilgisayar görüş araçlarına ihtiyaçları olacak. Bazı otonom araçları güçlendirmek için kullanılan LiDar, büyük ve hantal sensörlere dayanır. Bu da küçüldü. En küçük, en hafif tarama LiDar'ı SF45 olarak adlandırılır ve minik bir drone rover'a eklendi. Ancak bu, mikrobotlar tarafından kullanılabilmesi için daha da küçültülmesi gerekecek.

Mikrobotlar artı nanoteknoloji eşittir... nanobotlar!

Mikrobotlardan daha küçük olan nanobotlar, nanometre aralığında bir mikrometreden daha küçük parçalara sahiptir.Nanomalzemeler, ilaç teslimatı, elektronik, yakıt ve güneş hücreleri için geliştirildi ve bir gün uzay araştırmalarında kullanılabilir - ancak bu konuda daha sonra daha fazla bilgi vereceğiz.

Nanoteknoloji şu anda toprak iyileştirmesinde kullanılıyor, burada nanomalzemeler doğrudan toprağa salınıyor. Nanomalzemeler toprak kirleticilerini tespit eder ve tedavi eder ve ayrıca katı atıkları stabilize edebilir ve toprak erozyonunu kontrol edebilir. Nanoteknolojideki son gelişmeler, adsorbent malzemelerin etkinliğini artırarak çevresel iyileştirmeyi iyileştirecek yeni yenilikçi sistemler sağlamıştır. Araştırmacılar, minik kendinden tahrikli "nano-yüzücülerin" iyileştirmeyi iyileştirmek veya su filtrasyonu için nanomalzemeleri kendilerinin salabileceğini göstermişlerdir. Ve araştırmacılar zaten ağır metaller veya hatta radyoaktif atık gibi kirleticileri sudan çıkarmak için nanosistemler ve nanomalzemeler geliştirdiler. Araştırmacılar ayrıca bir konsept kanıtı içme suyu veya atık sudan mikroplastikleri parçalamak için mikrobotları kullanma. [text]Bu nanoteknolojiyi otonom olarak çalıştırmak için kontroller, geliştirmenin en zorlu yönü olacak. Araştırmacılar yakın zamanda dünyanın en küçük yürüyen robotunu yarattılar. İnsan saçının genişliğinde, bir devre kartı ile otonom olarak yürüyorlar ve dış kontrollere ihtiyaç duymuyorlar - bu büyük bir başarı. Mikro ölçekte şimdilik, benzer tekniklerin nanobotlar için nanoskala basılması gerekecek.

Küçük doktor içerde - tıpta küçük botlar

Mikro ve nanoteknoloji, biyomimetik uygulamaların da kullanıldığı sağlık uygulamaları için en çok talep gören alandır. Bu mikro-kaşıkçıklar, bir milimetrenin sadece bir kısmı büyüklüğünde, insan kan dolaşımında ve hatta insan gözünde gezinmek üzere tasarlandı. Bilim insanları zaten bir mikroskobik yüzme robotları sürüsünü farelerin akciğerlerindeki pnömoni mikroplarını temizlemek için yönlendirdi.

Eşdeğer bir damar içi antibiyotik enjeksiyonu aynı sonucu elde etmek için 3.000 kat daha yüksek olmalıdır. Bu, daha fazla hayat kurtarmak için antibiyotik penetrasyonunu iyileştirebilir - ABD'de bir milyon yetişkin zatürree nedeniyle hastaneye kaldırılıyor ve yılda 50.000 kişi hayatını kaybediyor. Dünya genelinde, zatürree ortalama olarak 2.5 milyon insanı öldürüyor.

Bir hap olarak alınan bu nanobot, kullanıcının enjeksiyonun acısını hissetmediği bağırsaklara doğrudan ilaç enjekte edebilir gibi insülin. Mikrobotlar ayrıca dünyanın en küçük kalp pili'nin yaratılmasına yol açmıştır. Penn Dental'deki araştırmacılar, biofilm tedavisi, ilaç teslimi veya tanı örneklerinin geri alınması için kök kanalının zor ulaşılan bölgelerini tedavi etmek için mikrobotları kullanmışlardır. Şekil değiştiren mikrobotlar ayrıca dişleri fırçalamak ve kullanılmıştır ve diş ipi kullanmışlardır. Bir kırmızı kan hücresinden 10x daha küçük robotlar yakında kanser hücreleriyle savaşmak için ultrason dalgaları tarafından kontrol edilebilir. Veya mıknatıslar, nanorodlar aracılığıyla ilaçları doğrudan omuriliğe ulaştırmak için kullanılabilir. Diğer mikrobotlar, şekil değiştirebilir ve kemik büyümesini taklit etmek için sertleşebilir.

Nanobotlar ayrıca, bir yaranın tamamına hedeflenmiş antibiyotikler yayabilir, bu da sadece lokal olarak uygulandıkları yerde bakteri öldüren tipik antibiyotiklere kıyasla büyük bir iyileşme sağlar. Bu teknoloji, diz veya diğer eklem implantlarında saklanan bakterilerle savaşmak veya böbrek taşlarını tedavi etmek için kullanılabilir. Bakteri, ABD hastanelerindeki dördüncü en büyük ölüm nedenidir ve her yıl yaklaşık 1.2 milyon insanı öldürür.

Mikrobotlar, her şeyi manyetik sıvıdan makarna şeklindeki robotlar, insan vücudunda gezinebilir ve içeride bir kez bulunduğunda nesneleri geri alabilir. Sonunda, bu mikrobotlar sürüler halinde toplanabilir ve ilaçları teslim edebilir veya arterleri açabilir. Bionaut Labs adlı bir şirket, mikrobotlarını vücuda enjekte edip mıknatıslarla yönlendireceği ve doğuştan beyin malformasyonları ve tümörleri tedavi edeceği iki yıl içinde klinik denemeler planlıyor. Mikrobotların iyileştirebileceği sadece insanlar değil. Benzer uygulamalar, kendilerini iyileştiren nanorobotlar oluşturmak için de kullanılabilir. Araştırmacılar, parçalandığında kendilerini kendiliğinden onaran ve hasar gördüğünde devreleri onaran nanobotlar yaptılar, örneğin elektrikli araba bataryalarını güçlendirmek için kullanılanlar.

Mikrobotların Gelecekteki Fırsatları

Bir sonraki mikrobot tıbbi sınırı, yüksek hassasiyetli biyokimyasal operasyonları gerçekleştirmek üzere uzaktan kontrol edilebilen küçük biyohibrit robotlar olacak. Bunlar, dolaşım sisteminden geçmek için ideal teslimat rotası olan bir biyolojik hücreden daha büyük olmayacak veya daha da küçük olacaklar. Biyohibrit nanobotlar sonunda beyinden kan pıhtılarını çıkarabilir, ameliyat olmadan, ilaçları doğrudan organlara teslim edebilir veya fertilizasyonda yardımcı olabilirler. [text]Nanotıp, özellikle kanserle mücadelede yerel tedavilere odaklanmıştır ve çok fazla ilerleme kaydedilmiştir. Bilim insanları en son olarak mıknatısları, kanseri öldüren mikrobotları doğrudan tümörlere teslim etmek için test ettiler. Nanobotlar sonunda CRISPR'ı geliştirebilir de.Son zamanlarda sepsis tespiti ve tedavisi için CRISPR tabanlı yaklaşımlara yapılan finansman, hibrit biyo-inorganik nanobot uygulamalarını içeriyor. Hatta, sağlıklı hücreleri doğrudan insan vücudunun içinde biyoprint edebilecek bir konsept kanıtı mikrobot bile var. Bu, onların büyümeleri veya iyileşmeleri gereken yerlerde, örneğin mide yaralarını onarmak gibi. Şu anda, bu tür biyohibrit nanobotların 2030'da en erken vücutlarımızda yaşamaya başlayabileceği düşünülüyor.

En uzak nanobot uygulaması uzay keşfidir, çünkü birçok uzay ajansı, uzay gemilerinin, uzay elbiselerinin ve uzay roketlerinin performansını artırmak için nanosensorler ve nanorobotlar eklemek üzere çeşitli türlerde ve aşamalarda planlar yapmaktadır. Örneğin, karbon nanotüpler, daha hafif uzay gemileri, uzay asansörleri veya güneş yelkenleri yapabilir.[/link] Bio-nano robotların katmanları, uzay elbiselerine zararları kendiliğinden onarabilir, delikleri kapatabilir veya hatta tıbbi acil durumlar sırasında astronotlara doğrudan ilaç sağlayabilir.

Uzay ajansları ayrıca nanosensörler kullanarak Mars gibi gezegenlerde su gibi temel kimyasalları arayabilir veya bir geminin yaşam destek sisteminin bir parçası olarak zararlı kimyasalların iz düzeylerini izleyebilir. Bilim insanları ayrıca evreni keşfetmek için nanogemiler (veya nanosondalar) oluşturabilir. NASA, ANTS olarak bilinen özerk nanoteknoloji sürüsü için planlar yapmıştı ve daha yakın zamanda, SWIM konsepti 600.000 dolarlık bir finansman aldı. SWIM, her bir robotu kendi itme ve iletişim sistemleriyle donatarak, roverslara çevreleri hakkında bilgi vermek için NASA'nın Ingenuity helikopterini potansiyel olarak yerine getirebilir. NASA ayrıca 2016'da 'starchip' projesi için planlarını duyurdu, ancak uzayda dolaşan gaz ve tozla çarpışmalar, araçlar için yıkıcı olacak kadar yeterli olacağından, hala devam ediyor.

AI'deki hızlanan üstel ilerlemelerle, bu kendini çoğaltabilen nanosondaları uzaya gönderme teknolojisi 2050'ye kadar hazır olabilir. Ancak bu konuda son sözü Michio Kaku'ya bırakacağız.