Учеными калифорнийского университета создан наноробот

ТЕХНОЛОГИИ, ИНЖИНИРИНГ, ИННОВАЦИИ

Измеритель диаметра, измеритель эксцентриситета, автоматизация, ГИС, моделирование, разработка программного обеспечения и электроники, БИМ

Ученые создали нанороботов для очистки сердечно-сосудистой системы

Темпы развития областей нанотехнологий, робототехники и медицины позволяют рассчитывать на то, что в не очень далеком будущем на свет появятся крошечные “умные” машины, нанороботы, которые будут заниматься постоянным поддержанием здоровья людей на должном уровне, действуя внутри человеческого тела. Шагом к реализации этой мечты являются крошечные нанороботы-рыбы, созданные специалистами Калифорнийского университета в Сан-Диего.

Эти роботы, функционирующие под управлением внешнего магнитного поля, уже способны выполнять ряд достаточно сложных работ, включая доставку лекарственных препаратов к месту назначения, проведение микрохирургических операций и выполнение других манипуляций с отдельными клетками организма.

Разработанные группой Джинксинга Ли (Jinxing Li) нанороботы, которые в 100 раз меньше крупинки песка, состоят из крошечных золотых и никелевых сегментов, скрепленных друг с другом серебряными перемычками. Для управления этими роботами используется внешний электромагнит, поле которого воздействует на сегменты из никеля, который является единственным магнитным материалом в конструкции этого наноробота. Переменное магнитное поле определенной формы, генерируемое магнитом, заставляет тело робота изгибаться, совершая колебательные движения, напоминающие движения тела рыбы в воде. А изменение параметров магнитного поля позволяет контролировать направление и скорость движения этого крошечного “пловца”.

Следует отметить, что данные нанороботы являются далеко не первой подобной разработкой. Но большая часть того, что было создано ранее, по конструкции более напоминает крошечные субмарины, а не рыбу. Такие нанороботы традиционно имеют “хвост”, закрученный в виде штопора, который выполняет роль винта субмарины и идея которого была позаимствована у некоторых видов микроорганизмов.

Ученые из Калифорнийского университета провели испытания созданных ими нанороботов, сравнительный анализ характеристик их движения и возможностей с аналогичными параметрами других подобных нанороботов. Несмотря на достаточно высокую сложность их изготовления, калифорнийские нанороботы продемонстрировали большую маневренность, большую скорость передвижения и более высокую эффективность, нежели их ближайшие конкуренты.

А сейчас калифорнийские исследователи разрабатывают конструкцию нового наноробота, изготовленную из биоразлагаемых материалов, которая будет растворяться внутри организма человека без следа и не нанося ему вреда после того, как наноробот выполнит поставленную перед ним задачу.

Понравилась статья? Тогда поддержите нас, поделитесь с друзьями и заглядывайте по рекламным ссылкам!

Нанороботы: какое будущее нас ждет с их удивительным потенциалом?

Эта статья — плановое обновление всего, что вы знали о самых мощных инструментах, которые когда-либо сможет создать человечество: о нанотехнологиях. Питер Диамандис, известный предприниматель и инженер, глава и учредитель Фонда X-Prize, Planetary Resources и других инициатив, изложил свое видение на тему того, что происходит в лабораториях по всему миру, и какие потенциальные применения нанотехнологий ожидают сферу здравоохранения, энергетики, защиты окружающей среды, науки о материалах, хранение данных и их обработку.

Раз уж искусственный интеллект привлек в последнее время много внимания, очень скоро мы должны услышать и о невероятных прорывах в сфере нанотехнологий.

Истоки нанотехнологий

Большинство историков считают создателем термина физика Ричарда Фейнмана и его речь 1959 года: «Там, внизу, полно места». В своей речи Фейнман представил день, когда машины можно будет настолько уменьшить, а в крошечных пространствах будет закодировано столько информации, что с этого дня начнутся совершенно невероятные технологические прорывы.

Но по-настоящему эту идею раскрыла книга Эрика Дрекслера «Двигатели создания: грядущая эра нанотехнологий». Дрекслер привел идею самовоспроизводящихся наномашин: машин, которые строят другие машины.

Поскольку эти машины программируемы, их можно направить на строительство не только большего числа таких машин, но и на что захотите. И поскольку это строительство происходит на атомном уровне, эти нанороботы могут растащить любой вид материала (почву, воду, воздух, что угодно) атом за атомом и собрать из него что угодно.

Дрекслер нарисовал картину мира, где вся библиотека Конгресса может поместиться на чипе размером с кубик сахара и где экологические скрубберы вычищают загрязняющие вещества прямо из воздуха.

Но прежде чем мы исследуем возможности нанотехнологий, давайте изучим основы.

Что такое «нанотехнологии»?

Нанотехнологии — это наука, инженерия и технологии, проводимые на наноуровне, что составляет от 1 до 100 нанометров. По сути, эти манипулирование и управление материалами на атомном и молекулярном уровне.

Чтобы вы понимали, давайте представим, что такое нанометр:

  • Отношение Земли к детскому кубику — это примерно отношение метра к нанометру.
  • Это в миллион раз меньше длины муравья.
  • Толщина листа бумаги — примерно 100 000 нанометров.
  • Диаметр красной кровяной клетки — 7000—8000 нанометров.
  • Диаметр цепочки ДНК — 2,5 нанометра.

Наноробот — это машина, которая может строить и манипулировать вещами точно и на атомном уровне. Представьте робота, который может манипулировать атомами, как ребенок — кубиками LEGO, выстраивая из базовых атомных строительных блоков что угодно (C, N, H, O, P, Fe, Ni и пр.). Хотя некоторые люди отрицают будущее нанороботов как научную фантастику, вы должны понимать, что каждый из нас жив сегодня благодаря бесчисленным операциям наноботов в триллионах наших клеток. Мы даем им биологические названия вроде «рибосом», но по своей сути они — запрограммированные машины с функцией.

Стоит также провести различие между «мокрыми» или «биологическими» нанотехнологиями, которые используют ДНК и машины жизни для создания уникальных структур из белков или ДНК (в качестве строительного материала) и больше дрекслеровских нанотехнологий, которые включают строительство «ассемблера», или машины, которая занимается 3D-печатью с атомами в наномасштабах для эффективного создания любой термодинамически стабильной структуры.

Давайте рассмотрим несколько типов нанотехнологий, над которыми бьются исследователи.

Различные типы нанороботов и применений

  • Самые малые из возможных двигатели. Группа физиков из Университета Майнца в Германии недавно построила самый маленький двигатель в истории из одного атома. Как и любой другой, этот двигатель преобразует тепловую энергию в движение — но делает это на самых малых масштабах. Атом находится в ловушке в конусе электромагнитной энергии, а с помощью лазеров его нагревают и охлаждают, что приводит к движению атома в конусе вперед и назад, будто поршня двигателя.
  • 3D-движущиеся наномашины из ДНК. Инженеры-механики из Университета штата Огайо спроектировали и построили сложные наноразмерные механические части, используя «ДНК-оригами» — доказав, что одни и те же основные принципы проектирования, которые применяются к полноразмерным машинам, можно применить и к ДНК — и может производить сложные, управляемые компоненты для будущих нанороботов.
  • Наноплавники. Ученые ETH Zurich и Technion разработали эластичный «наноплавник» в виде полипирроловой (Ppy) нанопроволоки длиной в 15 микрометров (миллионных метра) и толщиной в 200 нанометров, который может двигаться через биологическую жидкость на скорости 15 микрометров в секунду. Наноплавники можно приспособить для доставки лекарств и с помощью магнитов проводить их через кровоток к целевым раковым клеткам, например.
  • Муравьиный нанодвигатель. Ученые Кембриджского университета разработали крошечный двигатель, способный оказывать силу, в 100 раз превышающую собственный вес, на любой мускул. Новые нанодвигатели могут привести к нанороботам, которые достаточно малы, чтобы проникать в живые клетки и бороться с заболеваниями, считают ученые. Профессор Джереми Баумберг из Лаборатории Кавендиш, руководящий исследованием, назвал это устройство «муравьем». Подобно настоящему муравью, оно может оказывать силу, во много раз превышающую собственный вес.
  • Микророботы по типу сперматозоидов. Группа ученых из Университета Твенте (Нидерланды) и Немецкого университета в Каире (Египет) разработала микророботов по типу сперматозоидов, которыми можно было бы управлять за счет осциллирующих слабых магнитных полей. Их можно было бы использовать для сложных микроманипуляций и целевых терапевтических задач.
  • Роботы на основе бактерий. Инженеры Университета Дрекселя разработали способ использования электрических полей, чтобы помогать микроскопическим роботам, работающим от бактерий, обнаруживать препятствия и перемещаться по ним. Область применения включает доставку лекарств, манипуляцию стволовыми клетками для направления их роста или строительство микроструктур.
  • Наноракеты. Несколько групп исследователей недавно построили высокоскоростную версию наноразмерных ракет с дистанционным управлением, объединив наночастицы с биологическими молекулами. Ученые надеются разработать ракету, способную работать в любой среде; например, для доставки лекарства в целевую область тела.

Основные сферы применения нано- и микромашин

Возможности применения таких нано- и микромашин практически безграничны. Например:

  • Лечение рака. Выявлять и уничтожать раковые клетки более точно и эффективно.
  • Механизм доставки лекарств. Строить механизмы целевой доставки лекарств для контроля и предотвращения заболеваний.
  • Медицинская визуализация. Создание наночастиц, которые собираются в определенных тканях и затем сканируют тело в процессе магнитно-резонансной томографии — это могло бы выявить такие проблемы, как диабет.
  • Новые устройства зондирования. С практически безграничными возможностями настраивать зондирующие и сканирующие характеристики нанороботов, мы могли бы открыть для себя наши тела и более эффективно измерять мир вокруг нас.
  • Устройства хранения информации. Биоинженер и генетик из Гарвардского института Висса успешно сохранил 5,5 петабит данных — около 700 терабайтов — в одном грамме ДНК, превзойдя предыдущий рекорд плотности данных в ДНК в тысячу раз.
  • Новые энергетические системы. Нанороботы могут сыграть определенную роль в разработке более эффективной системы использования возобновляемых источников энергии. Или они могли бы сделать наши современные машины более энергоэффективными таким образом, что те будут нуждаться в меньшем количестве энергии для работы с прежней эффективностью.
  • Сверхпрочные метаматериалы. В области метаматериалов проводится много исследований. Группа из Калифорнийского технологического института разработала новый тип материала, состоящего из наноразмерных распорок, подобных распоркам Эйфелевой башни, который стал одним из самых прочных и легковесных в истории.
  • Умные окна и стены. Электрохромные устройства, которые динамически меняют цвет при приложении потенциала, широко изучаются для использования в энергоэффективных умных окнах — которые могли бы поддерживать внутреннюю температуру комнаты, самоочищаться и многое другое.
  • Микрогубки для очищения океанов. Губка из углеродных нанотрубок, способная всасывать загрязняющие воду вещества, вроде удобрений, пестицидов и фармацевтических препаратов, в три раза эффективнее предыдущих вариантов.
  • Репликаторы. Известные также как «молекулярные ассемблеры», эти предлагаемые устройства могут осуществлять химические реакции путем расположения реактивных молекул с атомной точностью.
  • Датчики здоровья. Эти датчики могли бы наблюдать за химией нашей крови, уведомляя нас обо всем происходящем, обнаруживать вредную еду или воспаления в теле и так далее.
  • Подключение наших мозгов к Интернету. Рэй Курцвейл считает, что нанороботы позволят нам подключить нашу биологическую нервную систему к облаку в 2030 году.

Как видите, это только начало. Возможности практически безграничны.

Нанотехнологии обладают потенциалом решить крупнейшие проблемы, с которыми сегодня столкнулся мир. Они могли бы улучшить производительность людей, обеспечить нас всеми необходимыми материалами, водой, энергией и едой, защитить нас от неизвестных бактерий и вирусов и даже уменьшить число причин для нарушения мира.

Если этого мало, рынок нанотехнологий просто огромен. К 2020 году мировая отрасль нанотехнологий вырастет до рынка в 75,8 миллиарда долларов.

ТЕХНОЛОГИИ, ИНЖИНИРИНГ, ИННОВАЦИИ

Измеритель диаметра, измеритель эксцентриситета, автоматизация, ГИС, моделирование, разработка программного обеспечения и электроники, БИМ

Ученые создали нанороботов для очистки сердечно-сосудистой системы

Темпы развития областей нанотехнологий, робототехники и медицины позволяют рассчитывать на то, что в не очень далеком будущем на свет появятся крошечные “умные” машины, нанороботы, которые будут заниматься постоянным поддержанием здоровья людей на должном уровне, действуя внутри человеческого тела. Шагом к реализации этой мечты являются крошечные нанороботы-рыбы, созданные специалистами Калифорнийского университета в Сан-Диего.

Эти роботы, функционирующие под управлением внешнего магнитного поля, уже способны выполнять ряд достаточно сложных работ, включая доставку лекарственных препаратов к месту назначения, проведение микрохирургических операций и выполнение других манипуляций с отдельными клетками организма.

Разработанные группой Джинксинга Ли (Jinxing Li) нанороботы, которые в 100 раз меньше крупинки песка, состоят из крошечных золотых и никелевых сегментов, скрепленных друг с другом серебряными перемычками. Для управления этими роботами используется внешний электромагнит, поле которого воздействует на сегменты из никеля, который является единственным магнитным материалом в конструкции этого наноробота. Переменное магнитное поле определенной формы, генерируемое магнитом, заставляет тело робота изгибаться, совершая колебательные движения, напоминающие движения тела рыбы в воде. А изменение параметров магнитного поля позволяет контролировать направление и скорость движения этого крошечного “пловца”.

Следует отметить, что данные нанороботы являются далеко не первой подобной разработкой. Но большая часть того, что было создано ранее, по конструкции более напоминает крошечные субмарины, а не рыбу. Такие нанороботы традиционно имеют “хвост”, закрученный в виде штопора, который выполняет роль винта субмарины и идея которого была позаимствована у некоторых видов микроорганизмов.

Ученые из Калифорнийского университета провели испытания созданных ими нанороботов, сравнительный анализ характеристик их движения и возможностей с аналогичными параметрами других подобных нанороботов. Несмотря на достаточно высокую сложность их изготовления, калифорнийские нанороботы продемонстрировали большую маневренность, большую скорость передвижения и более высокую эффективность, нежели их ближайшие конкуренты.

А сейчас калифорнийские исследователи разрабатывают конструкцию нового наноробота, изготовленную из биоразлагаемых материалов, которая будет растворяться внутри организма человека без следа и не нанося ему вреда после того, как наноробот выполнит поставленную перед ним задачу.

Понравилась статья? Тогда поддержите нас, поделитесь с друзьями и заглядывайте по рекламным ссылкам!

5 уже реально существующих невероятных технологий из медицины будущего

Получайте на почту один раз в сутки одну самую читаемую статью. Присоединяйтесь к нам в Facebook и ВКонтакте.

Ocumetics Bionic Lens – умная линза, которая навсегда вернет зрение

Контактные линзы, которые могут исправлять дефекты человеческого зрения, существуют уже много десятилетий. Более сотни миллионов человек в мире активно их используют вместо очков.

А компания Ocumetics Technology обещает, что уже через несколько лет она начнет массовое производство первых в мире «умных» контактных линз. Ocumetics Bionic Lens – это инновационный имплантат, который вживляется в глаз человека вместо хрусталика. Сама процедура занимает максимум десять минут и даже не требует наркоза.

Линза Ocumetics Bionic Lens навеки избавляет человека от проблем со зрением. Она исправляет близорукость и дальнозоркость, катаракту, астигматизм и даже потерю зрения с возрастом. Более того, как заявляют в Ocumetics Technology, даже здоровый человек с этой линзой начинает видеть в три раза лучше, чем без нее.

Работы над Ocumetics Bionic Lens ведутся уже более восьми лет. Сейчас компания Ocumetics Technology создала первые прототипы своих «умных» контактных линз, а массовое их применение ожидается к 2020 году.

Нейропротезы с управлением силой мысли

Ученые из Лаборатории прикладной физики Джонса Хопкинса в Нью-Йорке создали невероятный протез человеческой руки , управлять которым можно одной лишь силой мысли.

Такой протез на данный момент не имеет аналогов в мире. Он позволяет человеку, который потерял в силу тех или иных причин конечность, приобрести новую часть своего тела, действующую по тому же принципу, что и предыдущая.

Система управления этим нейропротезом полностью копирует нервную систему человека. Устройство считывает электронные импульсы из мозга владельца и поступает так, как он задумал. Команды распознаются моментально, человек в считанные минуты начинает на интуитивном уровне управлять своим протезом, как раньше управлял реальной рукой.

При этом система контроля позволяет управлять даже по-отдельности каждым искусственным пальцем на этом протезе.

Ведущие ортопеды мира уже расхваливают детище Лаборатории прикладной физики Джонса Хопкинса. Ожидается, что в массовое производство эти нейропротезы поступят в течение двух-трех лет.

Умная таблетка для ранней диагностики заболеваний

Технологии не позволяют и никогда не позволят создать единое лекарство абсолютно для всех болезней. Но в полусекретной лаборатории Google X идет разработка универсальной «умной» таблетки, которая даст возможность многократно повысить процент выздоровлений людей с тяжелыми заболеваниями.

«Умная» таблетка от Google X – это сложное миниатюрное устройство, которое должно находиться в организме человека постоянно в течение нескольких лет или даже десятилетий. Оно способно собирать информацию о физиологических процессах в теле, чтобы затем дать знать носителю даже о самых мельчайших изменениях.

Подобная информация позволит диагностировать тяжелые болезни типа рака, инфаркта или инсульта на ранних стадиях. Это позволит существенно повысить процент выживаемости людей с данными заболеваниями, ведь чем раньше они обнаружены, тем выше шанс человека на полное выздоровление.

Про эту «умную» таблетку от Google X известно не так много. В данной лаборатории пока не раскрывают подробности проекта, а также дату начала промышленного выпуска таких девайсов. Но специалисты из Google утверждают, что в технологическом плане это устройство может быть создано уже сейчас.

Нанороботы для доставки лекарств в организм человека

В научной среде уже несколько десятилетий мечтают о том, что однажды в медицинской практике появятся нанороботы. Запуская их в тело человека, медики смогут с невероятной точностью и высочайшей эффективностью совершать множество манипуляций, например, диагностировать болезни, уничтожать раковые клетки или доставлять лекарство в нужный орган, минуя остальные.

И сейчас эти смелые научные мечтания начали получать твердую технологическую и практическую основу. Например, несколько месяцев назад сотрудники Калифорнийского университета в Сан-Диего первыми в мире реально использовали нанороботов для доставки лекарственных средств в конкретный орган.

В качестве подопытного организма эти ученые взяли мышь. Они использовали миллионы нанороботов на основе молекул цинка. Эти 20-нанометровые малютки газа начали двигаться, выпуская микроскопические пузырики, по организму в сторону кишечника, неся туда определенное лекарство.

Как только нанороботы достигли нужной цели, они выпрыснули лекарственное средство в стенки кишечника. Скорость доставки при этом составила около 12 часов. Как показало затем вскрытие, цинковые молекулы не принесли никакого вреда организму мыши.

Этот опыт американских ученых показал, что нанороботы, действительно, могут существовать и эффективно функционировать. Однако до испытания их на людях и начала активного применения в медицине пройдет еще немало лет.

Множественная пересадка органов

Пересадка даже одного органа является серьезнейшим стрессом для организма больного человека, который он далеко не всегда может перенести. Однако с каждым городом процент удачных операций в этом направлении увеличивается. Более того, все чаще происходят случаи, когда хирурги пересаживают одновременно сразу несколько органов.

К примеру, в Бостоне недавно прошла невероятная операция, во время которой хирурги пересадили больной девочке с саркомой сразу 6 (шесть!) органов: желудок, печень, селезенку, кишечник, часть пищевода и поджелудочную железу. Иного выхода у врачей не было – болезнь сильно повредила каждую из этих частей тела, и по-отдельности их менять было бессмысленно.

Однако этот медицинский риск закончился успехом. Девочка хорошо перенесла операцию и быстро пошла по поправку. Теперь научный мир ждет появления подробного описания операции в медицинских журналах, чтобы перенимать опыт бостонских трансплантологов по всему миру.

Современная медицина быстро превращается в медицину будущего, какой мы себе ее представляли всего пару десятилетий назад. Технологии двигают ее вперед, и, возможно, уже через сто лет науке не будет известно ни одной неизлечимой болезни. Про другие успехи современной медицины можно прочитать в нашем предыдущем обзоре 5 необычных медицинских технологий .

Понравилась статья? Тогда поддержи нас, жми:

Источники:
http://hi-news.ru/robots/nanoroboty-kakoe-budushhee-nas-zhdet-s-ix-udivitelnym-potencialom.html
http://integral-russia.ru/2016/10/01/uchenye-sozdali-nanorobotov-dlya-ochistki-serdechno-sosudistoj-sistemy/
http://novate.ru/blogs/280515/31450/
http://hi-news.ru/technology/sozdana-nedorogaya-perchatka-preobrazuyushhaya-yazyk-zhestov-v-tekst.html

Ссылка на основную публикацию