روبوتات النانو

روبوتات النانو Nanorobotics هي تكنولوجيا لصنع الآلات أو الروبوتات أو ما شابه وبمقياس نانومتري(10-9 متر).^[1][2][3] وبشكل أكثر تحديدا، روبوتات النانو تشير إلى حد كبير إلى تقنية لا تزال افتراضية لهندسة النانو في تصميم وبناء روبوتات النانو والأجهزة التي تتراوح في حجمها من 0.1-10 ميكرومتر وتشيد من المكونات الجزيئية أو الجزيئة نفسها كالدنا.إلا أنها لا تزال فكرة افتراضية.^[4][5] إن مصطلحات إنجليزية مثل النانو بوت nanobots أو النانويد nanoids أو النانايت nanites أو أجهزة النانو nanomachines أو النانو مايت nanomites أصبحت متداولة أيضا لوصف هذه الأجهزة حاليا تحت قيد البحث والتطوير.^[6][7]

إن أجهزة النانو لا زالت إلى حد كبير في مرحلة البحث والتطوير.^[8] إلا أن بعض الأجهزة الجزيئية البسيطة قد خضعت للاختبار. مثال على ذلك حساس بمفتاح تحكم يقدمه بمسافة 1.5 نانو متر تقريبا، قادر على فرز جزيئات محددة في عينة كيميائية. إن أولى الاستخدامات الفعالة للآلات النانو يبدو أنها ستكون في التقنية الطبية،^[9] والتي يمكن أن تستخدم لتحديد أو إتلاف الخلايا السرطانية.^[10] تطبيق آخر محتمل هو الكشف عن المواد الكيميائية السامة وقياس كثافتها في البيئة. وقد أظهرت جامعة رايس مؤخرا نانو كار أو السيارة النانو سيارة النانو - (جزيء أحادي السيارة) مطور بواسطة عملية كيميائية تتضمن كرات الباكي بوكمينستر فوليرين كعجلات. وتُشغّل عن طريق التحكم في درجة حرارة البيئة المحيطة وبواسطة توجيه رأس مجهر مسح نفقي.

وبتعبير آخر فروبوت النانو هو الروبوت أو الأداة التي تسمح بالتفاعلات مع الكائنات الدقيقة النانومترية القياس، أو يمكنها التعامل مع الجزيئات النانومترية القياس. وبعد هذا التعريف يمكن حتى اعتبار جهاز كبير مثل مجهر القوة الذرية كربوت نانوي عندما يقوم بعمليات على مستوى النانومتر. وبصورة عامة يمنك اعتبار أي روبوت يتحم بالنانومتر كروبت نانو. وبصورة عامة تعد هذه التقنية إلى حد كبير في مرحلة البحث والتطوير ولكن تم اختبار بعض الآلات البدائية الجزيئية. ومثال على ذلك جهاز استشعار وجود بمقياس يقرب من 1.5 نانومتر، وهو قادر على فرز جزيئات محددة في عينة الكيميائية. ومن أحد ألتطبيقات المفيدة من هذه التقنية، إذا كان من الممكن بناؤها، استخدامها في التكنولوجيا الطبية، والتي قد تستخدم لتحديد وتدمير الخلايا السرطانية. تطبيق آخر محتمل هو الكشف عن المواد الكيميائية السامة، وقياس تركيزها، في البيئة. ومؤخرا، كشفت جامعة رايس سيارة الجزيء المفرد المتقدمة من خلال عملية كيميائية واستخدمت في ذلك كرة بوكي للعجلات. يتم دفعتها أو تحريكها عن طريق التحكم في درجة الحرارة المحيطة وبواسطة طرف مجس مجهر مسح نفقي.

نظرية روبوتات النانو

يتمسك بعض أنصار روبوتات النانو، كرد على سيناريوهات غراي غو المخيفة بأنهم ساعدوا مبكرا للترويج، باعتبار أن روبوتات النانو قادرة على الاستنساخ خارج بيئة المصنع المقيدة والتي لا تشكل جزءاً ضروريا من تكنولوجيا النانو المنتجة المزعومة، وبأن عملية الاستنساخ الذاتي، إن كانت سوف تتطور، فيمكن جعلها آمنة بطبيعتها.^[11][12]

إن أكثر مناقشة تفصيلية نظرية لروبوتات النانو، بما في ذلك مسائل معينة متعلقة بالتصميم مثل الاستشعار عن بعد، وقوة الاتصالات، والملاحة، والمعالجة، والتنقل، والتحسيب على اللوحة، تم تقديمها في المحتوى الطبي لـطب النانو بواسطة روبرت فريتس Robert Freitas. إلا أن بعض هذه المناقشات لا تزال في مستوى العموميات ولا تقترب من مستوى الهندسة التفصيلية.

الرقاقة الحيوية

المقالة الرئيسة: رقاقة حيوية

إن الاستعمال المشترك لـ الإلكترونيات النانوية والطباعة بصفائح معدة فوتوغرافيا طباعة ضوئية والمواد البيولوجية الحديثة تقدم منهجية محتملة لتصنيع روبوتات النانو للتطبيقات الطبية، مثل الأجهزة الجراحية وأجهزة تشخيص وتوصيل الدواء.^[13][14][15] إن هذه الطريقة للتصنيع في قياسات الإلكترونيات النانوية يستعمل حاليا في صناعة الإلكترونيات.^[16] إذن، روبوتات النانو العملية يفترض أن تكون متكاملة كأجهزة الإلكترونيات النانوية، والتي سوف تسمح بالعمليات عن بعد وبإمكانيات متقدمة للمعدات الطبية.^[17][18]

روبوتات الحمض النووي Nubots

المقالة الرئيسة: آلة الحمض النووي

روبوتات الحمض النووي، بالإنجليزية: النوبوت Nubots، وهو مصطلح مختصر لـ«روبوتات الحمض النووي nucleic acid robots». وهي عبارة عن روبوتات اصطناعية ذات قياسات نانوية. وقد ضمّن ممثلو روبوتات الحمض النووي عدة أجهزة سيّارة مكونة من الحامض النووي والمقدمة من قبل مجموعة نادريان سيمن Nadrian Seeman's group بجامعة نيويورك، مجموعة نايلز بيرسNiles Pierce's group في معهد كاليفورنا للتكنولوجيا Caltech، ومجموعة جون ريفJohn Reif's group في جامعة ديوك Duke University، ومجموعة تشنغده ماو Chengde Mao's group في بوردو Purdue، وأخيرا مجموعة آندرو تربرفيلد Andrew Turberfield بجامعة أكسفورد.

مجمع النانو الموقعي

تعاونية مصنع النانو ^[19] التي أسسها روبرت فريتاس ورالف ميركل في عام 2000 بمشاركة 23 باحثا من 10 منظمات و4 بلدان، تركز على تطوير أجندة العملية البحثية^[20]، تستهدف على وجه التحديد تطوير أجندة بحثية عملية تهدف خصوصا للتركيب الكيميائي للماسة التي يمكن التحكم بموقعها وتطوير مصنع النانو الماسي.

الأساس البكتيري

إن هذا المنهج يفترض اسعمال الكائنات الدقيقة البيولوجية، مثل بكتيريا «الإشريكية القولونية».^[21] بالتالي النموذج يستخدم السوط لأغراض الدفع. وتطبق عادة استخدام الحقول الكهرومغناطيسية للسيطرة على حركة من هذا النوع من الأجهزة المتكاملة البيولوجية، ولكنها محدودة التطبيقات.

التكنولوجيا المفتوحة

قُدمت وثيقة مع اقتراح بشأن التنمية في مجال تقنية النانو الحيوية باستخدام منهج التكنولوجيا المفتوحة يخاطب الجمعية العامة للأمم المتحدة.^[22] ووفقا للوثيقة التي تم إرسالها إلى الأمم المتحدة وبنفس الطريقة التي تسارع فيها المصدر المفتوح في تطويرنظم الحاسب، فإن نهجا مماثلا يجب أن يفيد المجتمع في تسارع تنمية روبوتات النانو الهائل. إن استخدام علم الأحياء النووي يجب أن يُنشأ كتراث إنساني للأجيال القادمة، وأن يطور كتكنولوجيا مفتوحة قائمة على أساس أخلاقي الممارسة من أجل أغراض السلام. إن منهجية التكولوجيا المفتوحة جاءت كمفتاح أساسي لهدف من هذا القبيل.

سباق روبوتات النانو

بنفس الطريقة التي تبنت فيها التقنية المتطورة سباق الفضاء وسباق التسلح النووي، يحدث أيضا سباق روبوتات النانو.^{[23][24][25][26]} إن هناك الكثير من الأساس المشترك الذي يسمح لروبوتات النانو أن تكون ضمن التكنولوجيات الناشئة.^[27] وبعض أسبابها هي أن الشركات الكبيرة، مثل جنرال إلكتريك جنرال إلكتريك، وهوليت-باكارد هوليت-باكارد نورثروب غرومان نورثروب غرومان كانوا يعملون في الآونة الأخيرة في البحث والتطوير لروبوتات النانو.;^[28][29] إن الجراحين أيضا مشاركون في البدء باقتراح سبل لتطبيق روبوتات النانو في الإجراءات الطبية المشتركة.;^[30] كما أن الجامعات ومعاهد البحوث منحت الأموال من جانب الوكالات الحكومية والتي تجاوزت ملياري دولار من أجل تطوير الأجهزة النانوية للطب.;^[31][32] والمصرفيون أيضا يستثمرون باستراتيجية لهدف الحصول مسبقا على الحقوق والرسوم لتسويق الروبوتات في المستقبل.^[33] وإن بعض جوانب روبوتات النانو ارتبطت بدعاوى ذات صلة بالاحتكار.^[34][35][36] وقد تم منح عدد كبير من براءات الاختراع مؤخرا على روبوتات النانو، وقد نفذت غالبا لوكلاء البراءات، والشركات المتخصصة على بناء محفظة براءات الاختراع، والمحامين. بعد سلسلة طويلة من براءات الاختراع والتقاضي في نهاية المطاف. انظر كمثال لاختراع الراديو أو عن حرب التيارات، إن مجالات التكنولوجيا الناشئة تميل إلى أن تصبح احتكاراً، والتي عادة ما تهيمن من قبل الشركات الكبيرة.^[37]

التطبيقات الممكنة

طب النانو

من ضمن التطبيقات المحتملة لروبوتات النانو في الطب هو التشخيص المبكر وتوصيل الدواء المستهدف لمرض السرطان،^[38][39][40] وأجهزة الطب الحيوي^[41]، الجراحة، ^[42][43] الحركيات الدوائية، ^[44] رصد السكري، ^[45][46][47] والرعاية الصحية.

يتوقع لمستقبل طب النانو في الخطط القادمة أن يوظف روبوتات النانو لحقن جسم المريض ليقوم بأداء العمل على المستوى الخلوي. وينبغي لمثل هذه الأجهزة المعدة للاستخدام الطبي أن تكون غير قابلة للاستنساخ الذي من شأنه أن يزيد تعقيد الجهاز دون داع، والحد من موثوقيته وبالتالي تعارضه مع الرسالة الطبية.

وينبغي أن مثل هذه الأجهزة المعدة للاستخدام في الطب غير قابلة للتكرار، والتكرار من شأنه أن يزيد تعقيد الجهاز دون داع، والحد من الموثوقية، وتتداخل مع البعثة الطبية.

انظر أيضاً

• جراحة روبوتية
• روبوت طبي
• نظام سينسي الروبوتي للقسطرة
• جراحة عن بعد
• جراحة روبوتية عبر الفم
• الذكاء الاصطناعي في المجال الصحي
• منظومة سينا الجراحية
• تقني جراحي
• روبوتية
• جراحة
• أداة جراحية
• روبوت

المراجع

1. Vaughn JR. (2006). "Over the Horizon: Potential Impact of Emerging Trends in Information and Communication Technology on Disability Policy and Practice". National Council on Disability, Washington DC.: 1–55. مؤرشف من الأصل في 2019-07-22. اطلع عليه بتاريخ 2019-09-05. {{استشهاد بدورية محكمة}}: روابط خارجية في |صحيفة= (مساعدة)
2. Ghosh, A., Fischer, P. (2009). "Controlled Propulsion of Artificial Magnetic Nanostructured Propellers". Nano Letters. ج. 9 ع. 6: 2243–2245. DOI:10.1021/nl900186w.
3. Sierra, D. P., Weir, N. A., Jones, J. F. (2005). "A review of research in the field of nanorobotics". U.S. Department of Energy - Office of Scientific and Technical Information Oak Ridge, TN. SAND2005-6808: 1–50. DOI:10.2172/875622. مؤرشف من الأصل في 2019-09-04. اطلع عليه بتاريخ 2019-09-05. {{استشهاد بدورية محكمة}}: روابط خارجية في |صحيفة= (مساعدة)
4. Tarakanov, A. O., Goncharova, L. B., Tarakanov Y. A. (2009). "Carbon nanotubes towards medicinal biochips". Wiley Interdisciplinary Reviews: Nanomedicine and Nanobiotechnology. ج. 2 ع. 1: 1–10. DOI:10.1002/wnan.69.
5. Ignatyev, M. B. (2010). "Necessary and sufficient conditions of nanorobot synthesis". Doklady Mathematics. ج. 82 ع. 1: 671–675. DOI:10.1134/S1064562410040435.
6. Cerofolini, G., Amato, P., Masserini, M., Mauri, G. (2010). "A Surveillance System for Early-Stage Diagnosis of Endogenous Diseases by Swarms of Nanobots". Advanced Science Letters. ج. 3 ع. 4: 345–352. DOI:10.1166/asl.2010.1138.
7. Yarin, A. L. (2010). "Nanofibers, nanofluidics, nanoparticles and nanobots for drug and protein delivery systems". Scientia Pharmaceutica Central European Symposium on Pharmaceutical Technology. ج. 78: 542. DOI:10.3797/scipharm.cespt.8.L02.
8. Wang, J. (2009). "Can Man-Made Nanomachines Compete with Nature Biomotors?". ACS Nano. ج. 3 ع. 1: 4–9. DOI:10.1021/nn800829k. PMID:19206241.
9. Amrute-Nayak, M., Diensthuber, R. P., Steffen, W., Kathmann, D., Hartmann, F. K., Fedorov, R., Urbanke, C., Manstein, D. J., Brenner, B., Tsiavaliaris, G. (2010). "Targeted Optimization of a Protein Nanomachine for Operation in Biohybrid Devices". Angewandte Chemie. ج. 122 ع. 2: 322–326. DOI:10.1002/ange.200905200.
10. Patel, G. M., Patel, G. C., Patel, R. B., Patel, J. K., Patel, M. (2010). "Nanorobot: A versatile tool in nanomedicine". Journal of Drug Targeting. ج. 14 ع. 2: 63–67. DOI:10.1080/10611860600612862.
11. Zyvex: "Self replication and nanotechnology" "artificial self replicating systems will only function in carefully controlled artificial environments ... While self replicating systems are the key to low cost, there is no need (and little desire) to have such systems function in the outside world. Instead, in an artificial and controlled environment they can manufacture simpler and more rugged systems that can then be transferred to their final destination.... The resulting medical device will be simpler, smaller, more efficient and more precisely designed for the task at hand than a device designed to perform the same function and self replicate.... A single device able to do [both] would be harder to design and less efficient." نسخة محفوظة 30 سبتمبر 2000 على موقع واي باك مشين.
12. "Foresight Guidelines for Responsible Nanotechnology Development" "Autonomous self-replicating assemblers are not necessary to achieve significant manufacturing capabilities." "The simplest, most efficient, and safest approach to productive nanosystems is to make specialized nanoscale tools and put them together in factories big enough to make what is needed.... The machines in this would work like the conveyor belts and assembly robots in a factory, doing similar jobs. If you pulled one of these machines out of the system, it would pose no risk, and be as inert as a light bulb pulled from its socket." نسخة محفوظة 10 يوليو 2006 على موقع واي باك مشين.
13. Fisher, B. (2008). "Biological Research in the Evolution of Cancer Surgery: A Personal Perspective". Cancer Research. ج. 68 ع. 24: 10007–10020. DOI:10.1158/0008-5472.CAN-08-0186. PMID:19074862.
14. Cavalcanti, A., Shirinzadeh, B., Zhang, M. & Kretly, L.C. (2008). "Nanorobot Hardware Architecture for Medical Defense". Sensors. ج. 8 ع. 5: 2932–2958. DOI:10.3390/s8052932.
15. Hill, C., Amodeo, A., Joseph, J.V. & Patel, H.R.H. (2008). "Nano- and microrobotics: how far is the reality?". Expert Review of Anticancer Therapy. ج. 8 ع. 12: 1891–1897. DOI:10.1586/14737140.8.12.1891. PMID:19046109.
16. Cale, T.S., Lu, J.-Q. & Gutmann, R.J. (2008). "Three-dimensional integration in microelectronics: Motivation, processing, and thermomechanical modeling". Chemical Engineering Communications. ج. 195 ع. 8: 847–888. DOI:10.1080/00986440801930302.
17. Couvreur, P. & Vauthier, C. (2006). "Nanotechnology: Intelligent Design to Treat Complex Disease". Pharmaceutical Research. ج. 23 ع. 7: 1417–1450. DOI:10.1007/s11095-006-0284-8. PMID:16779701.
18. Elder, J.B., Hoh, D.J., Oh, B.C., Heller, A.C., Liu, C.Y. & Apuzzo, M.L. (2008). "The future of cerebral surgery: a kaleidoscope of opportunities". Neurosurgery. ج. 62 ع. 6: 1555–1579. DOI:10.1227/01.neu.0000333820.33143.0d. PMID:18695575.
19. Nanofactory نسخة محفوظة 27 يونيو 2018 على موقع واي باك مشين.
20. Positional Diamondoid Molecular Manufacturing نسخة محفوظة 12 يونيو 2018 على موقع واي باك مشين.
21. Martel, S., Mohammadi, M., Felfoul, O., Lu, Z., Pouponneau P. & David H. (2009). "Flagellated Magnetotactic Bacteria as Controlled MRI-trackable Propulsion and Steering Systems for Medical Nanorobots Operating in the Human Microvasculature". International Journal of Robotics Research. ج. 28 ع. 4: 571–582. DOI:10.1177/0278364908100924. PMC:2772069. PMID:19890435.
22. Cavalcanti, A. (2009). "Nanorobot Invention and Linux: The Open Technology Factor - An Open Letter to UNO General Secretary" (PDF). CANNXS Project. ج. 1 ع. 1: 1–4. مؤرشف من الأصل (PDF) في 2019-12-15.
23. Hede, S., Huilgol, N. (2006). ""Nano": The new nemesis of cancer". Journal of Cancer Research and Therapeutics. ج. 2 ع. 4: 186–195. DOI:10.4103/0973-1482.29829. PMID:17998702.
24. Das, S., Gates, A. J., Abdu, H. A., Rose, G. S., Picconatto, C. A., Ellenbogen, J. C. (2007). "Designs for Ultra-Tiny, Special-Purpose Nanoelectronic Circuits". IEEE Transactions on Circuits and Systems I: Regular Papers. ج. 54 ع. 11: 2528–2540. DOI:10.1109/TCSI.2007.907864.
25. Solomon, N., Nanorobotics System, WIPO Patent WO/2008/063473, 2008. نسخة محفوظة 14 أبريل 2020 على موقع واي باك مشين.
26. Rosso, F., Barbarisi, M., Barbarisi, A. (2011). "Technology for Biotechnology". Biotechnology in Surgery: 61–73. DOI:10.1007/978-88-470-1658-3_4.
27. Challacombe, B., Althoefer, K., Stoianovici, D. (2010). "Emerging Robotics". New Technologies in Urology. ج. 7: 49–56. DOI:10.1007/978-1-84882-178-1_7. {{استشهاد بدورية محكمة}}: الوسيط غير المعروف |part= تم تجاهله (مساعدة)
28. Murday, J. S., Siegel, R. W., Stein, J., Wright, J. F. (2009). "Translational nanomedicine: status assessment and opportunities". Nanomedicine. ج. 5 ع. 3: 251–273. DOI:10.1016/j.nano.2009.06.001.
29. Hogg, T. (2007). "Coordinating Microscopic Robots in Viscous Fluids". Autonomous Agents and Multi-Agent Systems. ج. 14 ع. 3: 271–305. DOI:10.1007/s10458-006-9004-3.
30. Cuschieri, A. (2005). "Laparoscopic surgery: current status, issues and future developments". Surgeon. ج. 3 ع. 3: 125–138. DOI:10.1016/S1479-666X(05)80032-0.
31. Roco, M. C. (2003). "Nanotechnology: convergence with modern biology and medicine". Current Opinion in Biotechnology. ج. 14 ع. 3: 337–346. DOI:10.1016/S0958-1669(03)00068-5.
32. Scheufele, D. A., Lewenstein, B. V. (2005). "The Public and Nanotechnology: How Citizens Make Sense of Emerging Technologies". Journal of Nanoparticle Research. ج. 7 ع. 6: 659–667. DOI:10.1007/s11051-005-7526-2.
33. Smith, D. M.; Goldstein, D. S.; Heideman, J. (2007). "Reverse Mergers and Nanotechnology". Nanotechnology Law & Business. ج. 4 ع. 3.
34. Morrison, S. (2008). "The Unmanned Voyage: An Examination of Nanorobotic Liability" (PDF). Albany Law Journal of Science & Technology. ج. 18 ع. 229. مؤرشف من الأصل (PDF) في 2 يناير 2013. اطلع عليه بتاريخ أغسطس 2020.
35. Craig Tyler, Patent Pirates Search For Texas Treasure, Texas Lawyer, September 20, 2004 نسخة محفوظة 02 يوليو 2017 على موقع واي باك مشين.
36. Jaffe, A. B., Lerner, J. (2004). Innovation and Its Discontents: How Our Broken Patent System is Endangering Innovation and Progress, and What to Do About It. {{استشهاد بكتاب}}: الوسيط غير المعروف |ISBN-10= تم تجاهله (مساعدة)
37. Gilbert, R. J., Newbery, D. M. G. (1982). "Preemptive Patenting and the Persistence of Monopoly". American Economic Review. ج. 72 ع. 3. DOI:10.1126/science.151.3712.867-a.
38. Nanotechnology in Cancerنسخة محفوظة 20 أكتوبر 2011 على موقع واي باك مشين.
39. Cancer-fighting technology نسخة محفوظة 13 مارس 2012 على موقع واي باك مشين.
40. LaVan DA, McGuire T, Langer R. (2003). "Small-scale systems for in vivo drug delivery". Nature Biotechnology. ج. 21 ع. 10: 1184. DOI:10.1038/nbt876. PMID:14520404.
41. Medical Design Technology نسخة محفوظة 25 أبريل 2021 على موقع واي باك مشين. "نسخة مؤرشفة". مؤرشف من الأصل في 2019-06-05. اطلع عليه بتاريخ 2020-04-14.
42. Neurosurgery نسخة محفوظة 13 مارس 2020 على موقع واي باك مشين.
43. Tiny robot useful for surgery نسخة محفوظة 29 نوفمبر 2014 على موقع واي باك مشين.
44. Drug Targeting ^{[وصلة مكسورة]} نسخة محفوظة 28 ديسمبر 2017 على موقع واي باك مشين.
45. Nanorobots in Treatment of Diabetes نسخة محفوظة 01 مارس 2010 على موقع واي باك مشين.
46. Nanorobotics for Diabetes نسخة محفوظة 16 ديسمبر 2017 على موقع واي باك مشين.
47. Wellness Engineering, Nanorobots, Diabetes نسخة محفوظة 11 سبتمبر 2015 على موقع واي باك مشين.

وصلات خارجية

• Molecular Robotics Overview
• Nanorobotics - Info Center ETHZ
• A Review in Nanorobotics - US Department of Energy
• Micro-Nano Systems

قالب:روبوتات متنقلة