Spis treści:
Pająk to tkacz idealny. Ale mogliśmy się tego dowiedzieć tylko dzięki wnikliwej obserwacji, a nie niszczeniu sieci.
Prostą drogą do stworzenia nanomaszyn może być podglądanie natury. Plany są poważne, bo uratują nas nie tylko od ciężkiej pracy, ale i od chorób.
Potęga zaklęta w mikroskali
Koncepcję zilustrujemy dla Was przykładem. W jednym z odcinków klasycznej Disneyowskiej kreskówki Mała Syrenka (1989) tytułowa bohaterka Arielka odkrywa przewrócony wrak okrętu. Pod spodem znajduje się coś cennego – przyznajemy szczerze, że nie pamiętamy co. Okazuje się, że nawet potężny wieloryb nie jest w stanie przesunąć go z dna. Na miejscu zjawiają się…
…czyli protoplaści nanorobotów. Rój maluchów jest w stanie wydobyć z siebie o wiele więcej siły i precyzji niż potężny i dumnie prezentujący się mieszkaniec oceanu. W tej historii jest on odpowiednikiem naszego przestarzałego, niewyspecjalizowanego dźwigu albo wozidła.
Nanorobotyka w obecnym wydaniu
Po łacinie nanus oznacza “karzeł”. W nauce przedrostek nano- oznacza “miliardową część” czegoś. Nanotechnologia to technologia w skali od 1 do 100 nanometrów (1 nanometr to jedna miliardowa część metra).
Coś jest, ale jeszcze tego nie ma.
Nanotechnologia jest właściwie technologią dopiero się kształtującą, ale już istnieje.
W zamiarze tworzy maszyny i roboty, których elementy mieszczą się w skali nanometru (10^-9 metrów) lub blisko.
Nanorobotyka w przeciwieństwie do mikrorobotyki odnosi się do dziedziny inżynierii nanotechnologicznej polegającej na projektowaniu i budowaniu nanobotów, przy czym urządzenia te mają rozmiary od 0. 1-10 mikrometrów i zbudowane w nanoskali (1–100 nanometrów) lub składników molekularnych. Terminy nanobot, nanoid, nanit, nanomaszyna albo nanomit opisują urządzenia, które są jeszcze w fazie badań. Czasami rozróżnienia są tu trudne.
Miano nanorobota można nadać także dużym urządzeniom – przykład to mikroskop sił atomowych. Ten mikroskop ze skanującą sondą umożliwia uzyskanie obrazu powierzchni z rozdzielczością rzędu wymiarów pojedynczego atomu dzięki wykorzystaniu sił oddziaływań międzyatomowych. Sam w sobie nie jest w skali nano, ale operuje na poziomie molekuł.
Krótki materiał Europejskiego Urzędu ds. Bezpieczeństwa Żywności wyjaśni Wam podstawy nanotechnologii. Rzućcie okiem na film w oknie i koniecznie wróćcie do artykułu.
Skąd to się wzięło?
Jeśli się nad tym zastanowić, to nanomomachiny są w rzeczywistości dużo starsze niż się wydaje. Białka są w zasadzie naturalnie występującymi nanomachinami. Są one dość małe i mogą pełnić takie funkcje jak ułatwianie reakcji chemicznych, pompowanie substancji przez bariery, a podczas wspólnej pracy mogą nawet powodować ruch obiektów w skali makro. Były już pająki, pszczoły i koniki morskie, są aminokwasy – i znowu przyroda!
Przeciwciała monoklonalne, zestaw przeciwciał o tej samej swoistości antygenowej i ewentualnie tym samym lub podobnym powinowactwie, również spełniają kryteria nanomachin medycznych. Rozmawiano o nich w kontekście COVID19. Istnieje możliwość generowania skutecznych przeciwciał monoklonalnych. Przyroda dostarcza niesamowitych przykładów.
Naturalnie przechodzimy zatem do tego, jakie zastosowanie może znaleźć nanotechnologia.
Gdzie to by się przydało?
Nanity często występują w powieściach, filmach i grach fantastyczno-naukowych. Autorzy chętnie wykorzystują je jako swego rodzaju wygodne wytłumaczenia niezwykłych umiejętności bohatera lub właściwości sprzętu.
Nanotechnologia, choć nie jest w stanie dać ludziom supermocy i zniszczyć planety, ma jeszcze kilka bardzo obiecujących, perspektywicznych zastosowań. Żadne z nich nie jest jeszcze wprowadzone w praktyce, ale mamy nadzieję, że pewnego dnia tak się stanie.
Częstym błędem jest łączenie nanomaszyn z nanotechnologią. Podczas gdy nanomaszyny nie są jeszcze praktyczne, nanotechnologia jest w powszechnym użyciu już od dawna. Na przykład płyty CD wykorzystują doły o głębokości około 100 nm do przechowywania danych, podczas gdy tranzystory w mikrochipach są obecnie tak małe, jak 14 nm i od 2002 r. mają długość poniżej 100 nm.
Nanofabryki
- Złożone z urządzeń w rozmiarach drukarki, które nie ograniczają się do naklejania tuszu na papier (choć mogą, jeśli chcesz). Jeśli masz do tego surowiec, możesz wydrukować całe elektroniczne układy scalone lub inne skomplikowane rzeczy. Oczywiście w mgnieniu oka i nakładem pracy całkowicie zautomatyzowanej. Można także wliczyć w to druk 3D na poziomie molekularnym.
Nanomateriały
- Supermocne, bardzo wytrzymałe i niesamowicie lekkie, węglowe nanomateriały. Wykorzystań mnóstwo i wszędzie. Wariantami są nanorurki, nanobudki, arkusze grafenu i wiele innych.
Nanomedycyna
- Choć nie mamy jeszcze pojęcia, jak uczynić siebie nieśmiertelnymi, to lekarze mają nadzieję, że nanotechnologia obieca nam chociaż pokonanie przeziębienia. Albo HIV. Albo raka. Trudność polega na tym, żeby nanity wiedziały, co powinny zaatakować. Póki co prace idą dobrze – nanity zaprojektowane do precyzyjnego wykorzystania anormalnie opuchniętych porów w tkance rakowej są w trakcie rozwoju. Opracowywane są również bardzo małe urządzenia radiowe oparte na nanorurkach, które pozwoliłyby na zdalne sterowanie nanitami, ale do nich mamy jeszcze trochę daleko.
Dla nieprzekonanych
Sprzedaż nanomedycyny osiągnęła 16 miliardów dolarów w 2015 r., przy czym każdego roku inwestuje się minimum 3,8 miliarda dolarów w R&D w nanotechnologii. Globalne finansowanie powstającej nanotechnologii wzrosło w ostatnich latach o 45% rocznie, a sprzedaż produktów przekroczyła 1 bilion dolarów w 2013 r.
Nienewtonowskie zawiesiny ciekłe, płyny nienewtonowskie
- Zasadniczo ukształtowane i wykonane przez nanoinżynierów cząsteczki, które unoszą się w gęstym oleju. Elastyczne pod wpływem siły ludzkich mięśni, ale bardzo sztywne, gdy ściśnięte przez coś szybciej. Pierwsze skojarzenie to pancerz na ciało, który może zatrzymać postrzał z karabinu, a także pozwala na takie ruchy noszącego, jakby w ogóle niczego nie nosił.
Replikanci
- Z powodzeniem bada się też powszechnie kojarzone z nanobotami zjawisko autokopiowania i próbuje im zaaplikować tę umiejętność. Choć generalnie im lepszy nanobot jest w replikacji siebie samego, tym gorzej robi cokolwiek innego. Maksymalna optymalizacja jest tutaj niezwykle ważna. Dlaczego? Jak nie wiadomo o co chodzi, to chodzi o pieniądze – nanoboty są naprawdę malutkie, więc trzeba zbudować ich dużo, aby zrobiły wszystko na skalę wymaganą przez ludzi. A jeżeli potrzebujemy ich tak wiele, to koszt każdego nanobota musi być równie niewielki. Dla przykładu – powiedzmy, że używasz nanobotów, aby zastąpić czerwone krwinki. Zdrowy, dorosły mężczyzna ma 4-6 milionów komórek na kroplę krwi. Jeśli twoje nanoboty kosztują nawet po jednym groszu, to zastąpienie tej jednej kropli kosztuje co najmniej 40 000 dolarów.
Przyglądamy się i czekamy
Jak pewnie zauważyliście, w artykule znalazło się więcej zdjęć przyrody niż technologii. Ma to swoje podstawy – jak zauważyliśmy już na wstępie, nanotechnologia jest dopiero w powijakach. Z kolei już Arystoteles zauważył, że mimesis, czyli zasada twórczego naśladownictwa natury bądź dzieł mistrzów, jest najlepszym sposobem na osiągnięcie perfekcji. Po dzisiejszy dzień opiera się na niej cały zbiór reguł poetyki i literaturoznawstwa.
Nie inaczej będzie w przypadku nanorobotów – wszak biomimetyka (bionika) istnieją już od dawna i są wielkim wsparciem dla robotyki.
