Robot nano. Bestiari. nanorobots - dunia fiksi ilmiah dan fantasi. Nanorobot

Sejak lama, fiksi ilmiah menyatakan bahwa di masa depan, robot nanite kecil akan digunakan untuk memecahkan berbagai masalah. Nanites akan mampu melawan infeksi virus, berfungsi sebagai kurir pengantar obat, membantu dokter melakukan operasi terkait, dll. Beberapa waktu lalu diumumkan bahwa prototipe nanites tersebut telah dipresentasikan oleh ilmuwan Swedia, namun prototipe ini tidak sempurna, mustahil bagi mereka untuk mengelolanya.

Nanobots, atau nanobots, adalah robot yang ukurannya sebanding dengan molekul (kurang dari 100 nm), dengan fungsi pergerakan, pemrosesan dan transmisi informasi, dan pelaksanaan program.

Robot nano yang mampu membuat salinan dirinya sendiri, yaitu mereproduksi dirinya sendiri, disebut replikator. Kemungkinan menciptakan robot nano dibahas dalam bukunya “Mesin Penciptaan” oleh ilmuwan Amerika Eric Drexler.

Definisi lain menggambarkan nanorobot sebagai mesin yang mampu berinteraksi secara akurat dengan objek berskala nano atau mampu memanipulasi objek dalam skala nano. Akibatnya, bahkan perangkat besar seperti mikroskop kekuatan atom dapat dianggap sebagai robot nano, karena mereka memanipulasi objek pada skala nano. Selain itu, bahkan robot konvensional yang dapat bergerak dengan presisi skala nano pun dapat dianggap sebagai robot nano.

Selain kata "nanorobot", ungkapan "nanite" dan "nanogen" juga digunakan, namun istilah yang benar secara teknis dalam konteks penelitian teknik yang serius masih tetap menjadi pilihan pertama.

Versi nanites yang lebih menarik dan berfungsi diciptakan oleh para ilmuwan dari University of California. Hasil penelitian mereka adalah robot mikroskopis yang mampu mengantarkan obat ke dalam tubuh tanpa menimbulkan rasa sakit atau efek samping.

Robot yang diciptakan membawa partikel obat-obatan, menggunakan gelembung gas sebagai bahan bakar. Omong-omong, gas adalah produk limbah makhluk hidup, terbentuk di dalam perut. Penguji pertama adalah tikus laboratorium, tetapi tidak mengalami ketidaknyamanan dan tetap utuh.

Para ilmuwan mengatakan hasil ini menunjukkan kemajuan besar dalam industri karena robot yang mereka ciptakan mampu bergerak di dalam tubuh dengan kecepatan 60 mikrometer per detik. Untuk mengantarkan obat sampai ke tujuannya (dan dalam percobaan ini mereka harus sampai ke lapisan lambung), diperlukan waktu yang cukup lama, sementara robot tetap berada di dalam lambung selama kurang lebih dua belas jam, hal ini memungkinkan mereka untuk menyuntikkan obat dengan tepat. obat dan mencapai efektivitas maksimum tindakannya.

Setelah nanites berada di dalam tubuh tikus, dilakukan otopsi yang menunjukkan bahwa robot melewati seluruh jalur dengan aman dan tidak menyebabkan kerusakan jaringan. Namun tingkat kontaminasi racun masih dalam batas normal. Hal ini menunjukkan bahwa para ilmuwan telah mencapai tujuan mereka dan memperoleh robot yang akan digunakan di masa depan untuk meningkatkan efektivitas pengobatan.

Kini para ilmuwan sedang memikirkan cara meningkatkan kecepatan gerak, serta bahan bakar alternatif, karena penggunaan gas dapat berdampak buruk pada kondisi manusia.

Artikel untuk kompetisi “bio/mol/teks”: Artikel ini menjelaskan pendekatan untuk memahami struktur sel - mulai dari gagasan biologi teoretis dan konsep mesin protein hingga pendekatan dan penemuan modern: robot nano, mikrotubulus, dan pengurutan genom. Kerja sama jutaan robot nano yang terkoordinasi dengan tepat menciptakan fenomena unik yang kita sebut kehidupan.

Sponsor umum kompetisi ini adalah perusahaan: pemasok peralatan, reagen, dan bahan habis pakai terbesar untuk penelitian dan produksi biologi.

Sponsor penghargaan penonton dan mitra nominasi “Biomedis Hari Ini dan Besok” adalah perusahaan Invitro.

Sponsor "Buku" kompetisi - "Alpina Non-Fiksi"

Sitologi - ilmu tentang sel

Gambar 4. Sampul buku oleh Erwin Bauer

Tentu saja, dalam arti tertentu, bintang juga merupakan sebuah “proses”, seperti halnya sel: bintang mengubah hidrogen menjadi helium dan pada akhirnya, ketika semua bahan bakar di dalamnya habis, ia “mati”. Dan bahkan bangku yang paling biasa pun, jika Anda perhatikan lebih dekat, tidak selamanya tetap seperti aslinya: catnya terkelupas, kayunya berangsur-angsur mengering atau membusuk, pengikatnya menjadi longgar... Tapi sel hidup (dan organisme hidup secara keseluruhan) pada dasarnya berbeda dari benda mati tersebut.

Pernahkah Anda memikirkan mengapa sebuah batu dengan acuh tak acuh tunduk pada aksi kekuatan eksternal, sementara makhluk hidup menolak? Mengapa sebatang tongkat bisa mengapung mengikuti arus, sedangkan ikan yang akan bertelur harus menempuh jarak puluhan kilometer melawan arus? Mengapa, akhirnya, Anda dan saya dapat menentukan perilaku kita sendiri, mengatasi hambatan yang dihadapi dunia luar?

Langkah serius pertama untuk memahami hal-hal ini dilakukan oleh ahli biofisika Soviet Erwin Bauer, yang mengemukakan prinsip ketidakseimbangan yang stabil:

“...sistem kehidupan tidak pernah berada dalam kesetimbangan dan, karena energi bebasnya, terus-menerus melakukan kerja yang berlawanan dengan kesetimbangan yang disyaratkan oleh hukum fisika dan kimia pada kondisi eksternal yang ada"(Gbr. 4).

Dengan kata lain, “sistem kehidupan” dalam arti tertentu melanggar hukum fisika dan kimia! Tapi dia melanggarnya hanya dengan bantuannya sendiri. Benda hidup, dengan menggunakan bahan kimia dan interaksi fisik, dapat mengatasi gravitasi, melawan aliran air dan pergerakan udara, membuat zat berbahaya menjadi berguna (misalnya, zat pengoksidasi yang mengerikan, oksigen, yang dari sudut pandang kimia tidak lebih baik dari klorin, memberi kita kesempatan untuk bernapas dan berkat ini memperoleh energi; secara umum, sejarah perjuangan melawan radikal pengoksidasi disajikan dengan jelas dalam artikel “ Sebuah kisah komik tentang pertarungan hebat antara radikal dan antioksidan» ).

Namun “keseimbangan” bukan hanya keadaan di mana, misalnya, timbangan menjadi seimbang dan berhenti berayun. Gas berada pada posisi setimbang ketika mengalir dari silinder ke udara ruangan dan bercampur dengan atmosfer. Kompor berada dalam kesetimbangan dengan udara di sekitarnya ketika ia mengeluarkan panas sepenuhnya. Cabang ilmu fisika – ilmu termodinamika – menyatakan bahwa ketika suatu sistem yang terdiri dari banyak molekul cenderung menuju kesetimbangan, maka ketidakteraturan (chaos) dalam sistem tersebut bertambah. Ukuran kekacauan disebut " entropi" Dalam sistem tertutup, entropi hanya dapat meningkat. Tapi sel hidup adalah sistem terbuka, bukan sistem tertutup. Oleh karena itu, mereka dapat menahan peningkatan entropi. Bekerja melawan keseimbangan, makhluk hidup menertibkan dunia dan setiap detik melawan kekacauan yang menguasai mereka dari semua sisi. Rubah menggali lubang dan menghindari dinginnya musim dingin di dalamnya, berang-berang membangun bendungan dan meningkatkan permukaan air, yang dengan sendirinya cenderung menyebar ke permukaan dalam lapisan setipis mungkin.

Setiap organisme hidup melakukan keajaiban seperti itu setiap detik. Namun setiap sel hidup berperilaku dengan cara yang persis sama. Dengan menggunakan contoh perilakunya, yang lebih sederhana daripada perilaku organisme besar (walaupun perilaku seluler tidak sesederhana kelihatannya), kita dapat mencoba memahami apa itu kehidupan dan bagaimana sebenarnya kehidupan berjuang dengan “keseimbangan”.

Sitologi mengalami kemajuan

Nanorobot - fiksi dan kenyataan

Pada akhir milenium terakhir, ilmuwan Amerika Eric Drexler, yang terinspirasi oleh penemuan di bidang nanoteknologi, menjadi terkenal karena buku-buku fiksi ilmiahnya, di mana ia bermimpi bahwa "nanoassembler" akan segera dibangun, yang mampu merakit apa pun secara langsung. dari atom. Secara khusus, ia menulis tentang “nanorobot” yang mampu melakukan pekerjaan yang bermanfaat bagi kesehatan manusia - membersihkan pembuluh darah, menghancurkan sel kanker, dan melawan bakteri.

Penulis anak-anak Boris Zhitkov meramalkan hal serupa dalam cerita fiksi ilmiahnya “Mikroruki” pada tahun 1931. Pahlawan dalam cerita ini membuat perangkat yang memungkinkan operasi dengan sel individual. Dari tangan manusia, upaya dialihkan ke tangan mikro, yang dapat melakukan operasi yang tidak pernah diimpikan oleh kaum Kiri Leskov! Inilah yang ditulis Zhitkov: “ Saya diundang untuk melakukan operasi yang paling rumit, di mana tidak ada ahli bedah yang tahu harus melakukan apa. Dengan tangan mikro saya, saya dapat bekerja dengan cepat dan akurat di bawah mikroskop terkuat. Saya menghilangkan kuman terkecil dari tumor ganas dari organisme hidup, saya mengobrak-abrik mata yang sakit, seolah-olah di sebuah pabrik besar, dan saya tidak ada habisnya untuk bekerja. Namun hal itu tidak menghentikan perjalanan saya. Saya ingin membuat tangan mikro yang sebenarnya, yang dapat saya gunakan untuk menangkap partikel-partikel penyusun materi, partikel-partikel kecil yang tak terbayangkan yang hanya dapat dilihat melalui ultramikroskop. Saya ingin masuk ke area di mana pikiran manusia kehilangan semua gagasan tentang ukuran - sepertinya tidak ada ukuran, semuanya begitu kecil.».

Namun kegagalan menanti pahlawan cerita: dalam proses berburu sel individu, salah satu makhluk - "ular ciliate" - merusak perangkatnya! Dan tangannya hampir patah - karena usahanya, seperti tuas Archimedes, dipindahkan ke dunia mikro, berkurang jutaan kali, dan kekuatan dunia mikro juga meningkat dan memberi tekanan pada tangannya...

Diketahui bahwa kata “teknologi” berasal dari bahasa Yunani “ teknologi― “seni”, dan nanoteknologi menegaskan hal ini: mereka menyatu dengan seni. Sekarang para spesialis memiliki kesempatan untuk membentuk struktur molekul atom demi atom, seperti patung. Peluang luar biasa untuk kreativitas bebas terbuka. Desainer menjadi seniman demiurge, menciptakan sesuatu dari awal! Namun bagaimana jika hal-hal ini menjadi tidak terkendali dan mulai berkembang biak seperti virus berbahaya? Eric Drexler dalam bukunya “Mesin Penciptaan” cukup menakuti pembaca dengan cerita tentang kemenangan yang akan datang dari “lendir abu-abu”. Ia menulis bahwa bahaya dari nanoteknologi tidak boleh dianggap remeh. Kini kita diancam dengan momok baru – kecerdasan buatan. Bagaimana jika kecerdasan ini mulai menghasilkan monster di “pabrik nano”? Untuk almanak “Saya Ingin Tahu Segalanya”, artis Evgeny Podkolzin memainkan situasi ini dengan cara yang lucu (Gbr. 5).

Gambar 5. Nanorobot membuat monster.

gambar oleh Evgeny Podkolzin

Penciptaan struktur baru di “pabrik nano” kini berada di bawah kendali manusia. Pengendalian diperlukan untuk mengurangi risiko perkembangbiakan struktur nano secara spontan yang tidak terkendali, yang, seperti dalam film thriller fiksi ilmiah, dapat berperang dengan kehidupan di bumi dan menghancurkan segala sesuatu yang hidup di bumi, mengubah planet ini menjadi surga lendir abu-abu. Perhatikan bahwa Hadiah Nobel Kimia kedua dari belakang dianugerahkan atas karya di bidang nanoteknologi - jadi bidang ini sangat panas...

Lokomotif uap di saku Anda

Gambar 6. Lev Blumenfeld

Di sel hidup mana pun - bahkan di sel sekecil bakteri terkenal Escherichia coli(panjangnya sekitar 5 mikron dan diameter 1–1,5 mikron), - jutaan robot nano protein bekerja. Mereka melakukan semua tugas yang diperlukan untuk kehidupan negara seluler. Ada berbagai jenis robot nano - pembawa pesan, pengangkut, konstruktor, tukang reparasi, pembersih.

Pemahaman tentang cara kerja robot nano tidak serta merta muncul. Pada tahun enam puluhan abad kedua puluh, ahli biofisika Dmitry Chernavsky, Yuri Khurgin dan Simon Shnol mengembangkan konsep “mesin protein”, yang secara eksperimental dikonfirmasi oleh pendiri Departemen Biofisika Fakultas Fisika Universitas Negeri Moskow (Gbr. 1). 6). Dalam karyanya, ia menulis tentang keadaan protein yang tidak seimbang dan tentang relaksasi mesin protein selama transformasi materi di dalam sel.

Sekarang hal ini sudah menjadi hal yang lumrah: ahli biofisika secara langsung menyatakan bahwa protein adalah sebuah mesin, motor molekuler juga telah ditemukan ( cm., misalnya artikel “ Motor protein: untuk melayani manusia dan nanoteknologi"). Tentu saja, bukan mesin sederhana, tapi mesin biologis yang istimewa. Apa sebenarnya “mesin” itu? Dalam kehidupan sehari-hari ini adalah nama yang diberikan untuk mobil, mesin cuci, atau mesin di pabrik, dan pada abad kesembilan belas berarti mesin uap. Namun jika dipikir secara ilmiah, maka mesin adalah suatu sistem yang dibangun menurut suatu rencana dari bagian-bagian yang berbeda dan berbeda dan dimaksudkan untuk menjalankan fungsi-fungsi tertentu (definisi ini pernah diberikan oleh akademisi Ivan Artobolevsky).

Enzim dan robot nano lainnya memenuhi definisi ini dengan tepat: mereka dibuat berdasarkan rencana yang tertanam dalam DNA dan menjalankan fungsi yang ditentukan secara ketat. Bagian-bagian protein - molekul monomer - tidak serupa satu sama lain; mereka memiliki bentuk dan komposisi kimia yang berbeda. Ketika monomer yang berbeda bergabung, molekul organik besar terbentuk - polimer. Polimer protein tersebut menjadi mesin molekuler, robot nano. Setiap robot nano enzim memiliki "bagian struktural" (analog dengan tempat tidur mesin) dan "pusat aktif" - alat kerja. Hampir seperti di pabrik mana pun! Namun ukuran mesin seperti itu tidak memiliki analogi di alam mati.

Dan jika ukuran mesinnya tidak biasa, maka pengoperasian perangkat ini tidak seperti tindakan yang biasa kita lakukan. Lagi pula, di dunia nano hampir semuanya berbeda dari dunia makro manusia. Tidak sia-sia kita mengingat mesin uap. Prinsip pengoperasian mesin uap menjadi dasar termodinamika - ilmu transfer dan transformasi energi. Hal ini terjadi bukan karena mesin uap begitu ideal – hanya saja ketika termodinamika terbentuk, belum ada mesin lain. Dan perangkatnya secara khusus menunjukkan proses konversi energi.

Tanpa transfer dan transformasi energi, tentu saja, tidak ada organisme atau sel yang dapat hidup. Seluruh hidup mereka, seperti yang kami tulis di atas, adalah proses pertukaran energi yang konstan dengan lingkungan, pertukaran di mana pekerjaan tertentu dilakukan. Hanya mesin uap yang melakukan pekerjaannya dengan sangat kasar jika dibandingkan dengan tindakan robot nano. Mesin uap menangani molekul dalam jumlah besar (uap atau gas). Ketika dipanaskan, molekul-molekul ini dengan seluruh massanya berusaha untuk melepaskan diri (yaitu, mencapai keseimbangan dengan lingkungan eksternal yang dingin), memberikan tekanan pada piston yang menghalangi jalan mereka menuju kebebasan dan melakukan kerja.

Di mesin nano, yang terjadi justru sebaliknya. Protein nanorobot tidak mampu memindahkan materi dalam jumlah besar, namun ia melihat setiap molekul secara individual dan mampu mengatur energi yang terkandung di dalamnya. Bayangkan perangkat seperti itu digunakan dalam mesin uap: robot nano “bekerja” dengan setiap molekul uap, menangkapnya dan menyeretnya ke tempat yang tepat, lalu melepaskannya.

Kemudian piston berat dan penggerak hidrolik akan menjadi mubazir, dan seluruh mesin dengan kapasitas seribu tenaga kuda bisa menjadi kecil, seukuran flash drive atau chip. Benar, hal ini memerlukan jumlah robot nano yang sama dengan jumlah molekul uap atau gas dalam volume tertentu, dan bahkan diperlukan perangkat khusus yang “dilatih” untuk bekerja secara khusus dalam profesi ini. Tapi kita tetap perlu mencari hal seperti itu di alam. Namun prospeknya menggiurkan.

Namun, meskipun lokomotif uap yang muat di saku Anda terlihat ajaib, cara kerja sel hidup yang sebenarnya bahkan lebih fantastis. Bagaimanapun, mesin uap (seperti pembangkit listrik lainnya) hanya menggunakan keinginan zat apa pun untuk mencapai keseimbangan dengan lingkungan eksternal, dan batas kesetimbangan adalah apa yang disebut "kematian termal Alam Semesta" - suatu keadaan ketika semua benda dunia, dari molekul hingga galaksi, menjadi sama hangat, atau lebih tepatnya sama dinginnya, dan semua gerakan akan terhenti.

Karya robot nano memiliki vektor yang sangat berbeda. Mereka, tidak seperti mesin uap, tidak hanya menggunakan entropi, namun menolaknya dengan kemampuan terbaik mereka. Lev Blumenfeld menulis bahwa “mesin molekuler” mengontrol keadaan molekul individu. Ketika berhadapan dengan molekul suatu zat, robot nano tidak membiarkannya bergerak secara kacau - mereka memindahkan molekul ke tempat yang dibutuhkan sel untuk nutrisi dan pertumbuhannya, dan mengatur proses kimia dan fisika.

Pada akhirnya, energi uap dalam ketel (atau energi pembakaran bahan bakar di mesin mobil) adalah jumlah energi pergerakan masing-masing molekul uap atau “fluida kerja” lainnya. Tetapi ketika mesin uap “menambah” energi molekul-molekul individual ini, maka selama “generalisasi” timbul kerugian yang tak terhindarkan. Beberapa molekul bocor melalui celah pada perangkat, beberapa terbang ke sudut tanpa manfaat apa pun, dll. Apa yang terjadi kira-kira sama dengan akuntansi yang buruk dalam perekonomian besar: sebagian barang dan bahan rusak di gudang tanpa ikut serta dalam produksi, sebagian lagi dikirim untuk keperluan lain, sebagian lagi dicuri oleh hewan pengerat... Saat beroperasi dengan jutaan dan milyaran objek, “penyusutan dan “penyelesaian” tidak bisa dihindari. Tetapi hal itu menjadi tidak mungkin jika setiap barang diperhitungkan secara terpisah, jika semuanya dicatat, dan setiap barang mempunyai penjaga penyimpanannya sendiri.

Tentu saja hal ini tidak mungkin dilakukan di dunia kita. Lebih menguntungkan bagi kami kehilangan sebagian produk kami daripada membayar tenaga kerja jutaan akuntan dan pengawas. Namun dunia nano mempunyai gagasannya sendiri tentang apa yang menguntungkan dan apa yang tidak menguntungkan. Oleh karena itu, efisiensi mesin tupai bukan 8 persen seperti lokomotif uap, tetapi hampir 10 kali lipat!

Mesin molekuler protein berbeda dari mesin klasik dalam satu fitur lagi. Pada pembangkit listrik konvensional, mesin itu sendiri (mekanismenya, bodinya) dan “fluida kerja” (air atau uap bensin) adalah objek yang berbeda. Robot nano, pada umumnya, adalah mekanisme dan benda kerja. Aliran energi tidak mengalir melewati robot nano dalam bentuk uap atau api - mereka bergerak di dalamnya selama reaksi kimia.

Mikrotubulus - sumber pemikiran?

Jenis robot nano yang paling umum adalah enzim, yang dikenal sejak abad ke-19. Ada sekitar lima ribu jenis enzim saja. Ini adalah protein khusus - katalis proses biokimia, yang tanpa partisipasinya akan berjalan berkali-kali lebih lambat.

Enzim adalah mesin protein dengan program yang kaku. Masing-masing diadaptasi untuk memecahkan masalah yang sangat spesifik. Tetapi semuanya, dalam satu atau lain cara, adalah katalisator reaksi kimia, yaitu membantu mengubah beberapa zat menjadi zat lain. Lebih tepatnya, enzim hanya mengubah satu reaksi kimia, yang seharusnya terjadi “secara alami” tanpa banyak manfaat bagi sel dan tubuh, menjadi reaksi lain yang bermanfaat. Seperti telah disebutkan, mereka memindahkan reaksi dari jalur yang hambatannya paling kecil (yang menyediakan sedikit energi) ke jalur yang sulit, namun efisien secara energetik.

Jenis nanorobot lainnya adalah tukang reparasi. Meskipun DNA adalah molekul yang stabil, ia masih bisa rusak. Penyebabnya adalah radiasi, zat mutagenik, radikal bebas. Peran khusus dimainkan oleh "depurinisasi" - pembelahan basa nitrogen dari molekul DNA, yang sebenarnya adalah penghancurannya. Dalam larutan sederhana (tak hidup), proses ini terjadi cukup cepat, dan jika hal yang sama terjadi pada sel, DNA tidak akan bertahan lebih dari seminggu, dan sel tersebut akan mati. Namun, DNA setiap sel manusia kehilangan sekitar lima ribu basa purin per hari. Tetapi perangkat khusus berfungsi di dalam sel - kompleks perbaikan(“reparasi” adalah bahasa Latin untuk “restorasi”). Mereka dapat dibandingkan dengan kru perbaikan di jalur kereta api, yang terus-menerus melakukan perjalanan di sepanjang rel, menemukan kerusakan dan memperbaikinya. Perbaikan mampu memperbaiki bahkan kerusakan radiasi pada DNA. Kompleksitas pekerjaan perbaikan (dan juga robot nano lainnya) sangat mengagumkan - komputer hampir tidak dapat mensimulasikan tindakan mereka. Memahami cara kerja perangkat ini memerlukan pengetahuan matematika tingkat tinggi dan fisika kuantum.

Proses pembelahan sel – baik mitosis atau meiosis – adalah salah satu proses paling fantastis di Alam Semesta. Itu dikelola oleh tim besar robot nano. Selain yang terkait dengan duplikasi DNA, robot nano sentriol juga termasuk dalam tim ini. Sentriol adalah kutub khusus tempat “poros” materi genetik berputar. Mereka terdiri dari 27 elemen silinder - "mikrotubulus" - yang didasarkan pada molekul protein tubulin.

Selain kerja reproduksi sel, mikrotubulus juga terlibat dalam pembuatan sitoskeleton: tanpa dukungannya, sel akan berubah menjadi tetesan amorf. Mikrotubulus juga berfungsi sebagai saluran pipa - mereka membawa zat dari satu ujung sel ke ujung lainnya.

Tampaknya peran sentriol dalam fungsi sel hanyalah bersifat mekanis. Namun, organel inilah yang oleh ahli biologi Amerika Gunter Albrecht-Bühler (seorang ahli fisika yang terlatih) disebut sebagai “otak sel”. Ahli biologi lain dari Amerika, Stuart Hameroff, mengemukakan bahwa fenomena paling menakjubkan di seluruh Alam Semesta - kesadaran - dikaitkan dengan mikrotubulus yang mendasari struktur sentriol.

Hameroff mendapat ide ini karena profesi utamanya adalah ahli anestesi. Suatu hari, ia menemukan bahwa beberapa zat yang digunakan dalam anestesi (narkosis) mengubah struktur nanotubulus yang terkandung dalam proses sel saraf (akson dan dendrit).

Ide Hameroff kira-kira seperti ini: anestesi adalah cara untuk mematikan kesadaran. Kesadaran yang dinonaktifkan berhubungan dengan mikrotubulus yang berubah. Ini berarti bahwa mikrotubulus dalam bentuknya yang alami dan tidak berubah adalah pembawa kesadaran “on”.

Namun, kemudian menjadi jelas bahwa tidak semua zat anestesi mempunyai efek nyata pada mikrotubulus. Namun sang ilmuwan terus mengembangkan teorinya dan akhirnya menerbitkan sebuah buku yang menyatakan bahwa mikrotubulus adalah alat untuk menghitung dan mengintegrasikan informasi di otak. Jika hipotesis Hameroff benar, ternyata di antara robot nano tidak hanya ada “ahli kimia” dan “tukang reparasi”, tetapi juga komputer nano. Ada hipotesis lain yang didasarkan pada fakta bahwa ikatan hidrogen adalah sel yang ideal qubit(bit kuantum - unit komputasi kuantum) - di dalamnya, sebuah proton dapat berada dalam satu atau beberapa energi "baik", membuat "lompatan kuantum" di antara keduanya. Dari posisi tersebut, kesadaran kita sendiri ditentukan oleh totalitas operasi komputer nano.

Meskipun ilmuwan lain tidak setuju dengan pendekatan mekanistik seperti itu tidak hanya terhadap kesadaran manusia, tetapi juga terhadap kerja sel hidup. Menyangkal atau membuktikan hipotesis ini adalah urusan sains di masa depan, mungkin tidak lama lagi.

Sandal ciliate, jiwa sel dan algoritma komputer

Kerja sama jutaan robot nano yang terkoordinasi dengan tepat menciptakan fenomena unik yang kita sebut “kehidupan”. Apakah mungkin untuk mereproduksi sistem seperti itu secara artifisial? Seniman Evgeniy Podkolzin dengan lucu menggambarkan aksi robot nano di dalam sangkar (Gbr. 7).

Gambar 7. Pengoperasian robot nano di dalam sel.
Untuk melihat gambar dalam ukuran penuh, klik gambar tersebut.

gambar oleh Evgeny Podkolzin

Menciptakan makhluk hidup dalam tabung reaksi adalah impian lama para alkemis. Dalam sastra, gambaran pemimpi seperti itu diciptakan oleh Goethe di Faust. Pada abad ke-19, terdapat upaya-upaya, yang naif dari sudut pandang modern, untuk menciptakan “sel buatan”. Saat ini, dengan diumumkannya penciptaan sel hidup buatan (yang bahkan diberi nama: Cynthia, Cynthia dalam bahasa Latin) diucapkan oleh Craig Venter - direktur dan perusahaan Umur Panjang Manusia, Inc.. Ia berhasil berpartisipasi dalam program Genom Manusia, mengajukan dan memecahkan masalah pembuatan DNA buatan. Pada tahun 2010, ia memperkenalkan genom buatan yang ia buat menjadi organisme bersel tunggal Mikoplasma micoides- dan genom ini, seperti yang diharapkan, bekerja, menghasilkan protein yang diperlukan.

Namun pernyataan bahwa ia berhasil menciptakan sel hidup jelas berlebihan. Pekerjaan ini dapat dibandingkan dengan pembuatan program untuk komputer - tetapi tidak dengan pembuatan komputer itu sendiri. DNA hanyalah sebuah program, dan jika jutaan nanorobot yang diterima oleh sel “diwarisi” tidak bekerja di mikoplasma, program tersebut akan tetap menjadi teks yang tidak akan dibaca oleh siapa pun.

Namun terlepas dari keberhasilan dan kegagalan Venter, mempelajari robot nano sel hidup dan cara kerjanya sebenarnya membuka kemungkinan baru bagi nanoteknologi. Pada tahun 60an abad kedua puluh muncullah bionik- “ilmu tentang penggunaan prototipe biologis untuk menemukan solusi teknis baru.” Pada abad ke-21, ilmu pengetahuan sudah mencari ide untuk menciptakan perangkat nanoteknologi baru dalam sel hidup. Inilah yang dilakukan ilmu pengetahuan baru di abad ke-21 - nanobionik.

Penciptaan robot nano nyata dan penggunaan prototipe biologisnya akan membantu memecahkan masalah di bidang yang paling tidak terduga - mulai dari kedokteran hingga ekologi dan apa yang sebelumnya disebut sibernetika, dan sekarang teknologi informasi. Perangkat penyimpanan informasi berdasarkan obat Biochrome telah muncul, menggunakan kemampuan protein fotosensitif bakteriorhodopsin mengubah konformasinya (susunan spasial atom) setelah penyerapan kuantum cahaya. Sebuah teknik revolusioner telah ditemukan yang memungkinkan untuk mendeteksi bahkan satu (!) molekul RNA dalam sampel udara atau cairan, yang mungkin terkait dengan infeksi.

Penelitian di bidang nanobionik akan memungkinkan kita memberikan kehidupan baru ke arah ilmiah yang paling menarik - sitoetologi, ilmu tentang perilaku sel, yang didasarkan pada interaksi terkoordinasi dari robot nano seluler. Ahli biologi Vladimir Aleksandrov menulis tentang perlunya mengembangkan penelitian di bidang sitoetologi (Gbr. 8), yang pada tahun 1970 menerbitkan sebuah artikel yang masih belum kehilangan signifikansinya “ Masalah perilaku pada tingkat sel - sitoetologi". Di dalamnya, ia berani menyatakan di era “materialisme dialektis”: “ Organel seluler dan sel itu sendiri memiliki jiwanya sendiri yang kecil namun tetap».

Memang, perilaku robot nano dan sel hidup membuat kita berpikir tentang perbedaan mendasar mereka dari sistem teknis standar. Tampaknya luar biasa, tetapi mungkin pada tingkat inilah sifat sistem kehidupan muncul, yang pada tingkat organisme (terutama pada manusia) disebut “kehendak bebas”. Ini adalah masalah yang sangat mendalam di persimpangan antara biofisika, mekanika kuantum, filsafat dan teologi. Jika kita membandingkan sel hidup dengan komputer, ada baiknya memikirkan apakah komputer ini termasuk komputer kuantum?

Ilmuwan terkenal pertama yang mengusulkan model komputer kuantum adalah Richard Feynman - fisikawan yang sama yang, di waktu luangnya dari pekerjaan utamanya, melihat sepatu ciliata melalui mikroskop, dan gagasan komputasi kuantum diungkapkan oleh fisikawan Rusia Yuri Manin setahun sebelum Feynman.

Komputer kuantum yang lengkap belum dibuat, meskipun model kerja pertama sudah tersedia dan program telah ditulis untuk komputer tersebut. Perbedaan utama antara komputer kuantum dan komputer biasa adalah ia beroperasi berdasarkan prinsip mekanika kuantum, bukan mekanika klasik. Seperti diketahui, mekanika kuantum memungkinkan terjadinya keadaan materi yang, jika dipindahkan ke dunia kita, akan tampak ajaib (misalnya, kehadiran satu partikel secara bersamaan di dua tempat berbeda). Efek kuantum seperti itu akan menjadi dasar algoritma perangkat lunak untuk komputer baru. Dan ini akan memungkinkan kita memecahkan masalah yang tidak pernah diimpikan oleh “mesin penghitung” saat ini. Untuk pertama kalinya, “otak” kuantum akan mampu menandingi kompleksitas proses yang terjadi di alam yang hidup - misalnya, di sel hidup yang sama.

Mesin saat ini hanya dapat bekerja dengan model, yaitu dengan gambaran realitas yang disederhanakan. Untuk komputer kuantum, realitas biologis (dan, misalnya, astronomi) akan “berhasil” untuk pertama kalinya.

Menariknya, kompleksitas proses biologislah yang mengarahkan Feynman (dan rekan-rekannya) pada gagasan komputer kuantum. Ada kemungkinan bahwa ide untuk menciptakan mesin seperti itu muncul dari pengamatannya terhadap paramecia yang sama.

Tampaknya lingkaran setan telah terjadi: fisikawan menganggap sel hidup sebagai komputer kuantum, yang pengoperasiannya hanya dapat dipahami menggunakan komputasi kuantum. Jalan keluar dari lingkaran ini dimungkinkan setelah terciptanya komputer yang sangat kuat berdasarkan proses kuantum.

Saat ini, perangkat tersebut memerlukan pendinginan mendalam dan dapat memproses, paling banter, beberapa ratus qubit. Selain itu, para insinyur belum menemukan cara untuk melindungi otak kuantum dari pengaruh elektromagnetik dan lainnya, yang mana komputer baru akan jauh lebih sensitif daripada “komputer pribadi” yang biasa kita gunakan. Rupanya, sel hidup menyimpan rahasia pemrosesan informasi kuantum dengan volume perhitungan yang jauh lebih besar, sekaligus memiliki perlindungan yang baik dari pengaruh eksternal.

Menemukan dan mempelajari proses-proses ini merupakan tugas generasi baru ahli sitologi dan biofisika. Kami berharap mereka sukses!

Versi artikel yang diperluas sedang dipersiapkan untuk diterbitkan dalam antologi “Saya Ingin Tahu Segalanya” (Rumah Penerbitan Buku Anak-anak Dom, St. Petersburg). Penulismengucapkan terima kasih kepada editor almanak Sergey Ivanov untuk diskusi yang bermanfaat, kepada artis Evgeniy Podkolzin untuk gambar yang disediakan dengan baik, dan kepada penerbit Alla Nasonova- untuk izin menggunakan materi dari almanak dalam artikel ini.

literatur

Feynman R.F. “Tentu saja Anda bercanda, Tuan Feynman!” M.: “Dinamika teratur dan kacau”, 2001. - 87 hal.;
Bauer E.S. Biologi Teoritis. M.-L.: penerbit VIEM, 1935. - 150 hal.;
Kisah buku komik tentang pertarungan hebat antara radikal dan antioksidan;. Motor protein: untuk melayani manusia dan nanoteknologi;
Seluruh teori hilang. (2012). "Lenta.Ru";
Rezhabek B.G. (1998). Perkembangan dan gagasan terkini tentang penguat biologis. Konferensi untuk mengenang P.G. Kuznetsova;
Dengan cahaya genom: berapa ukuran minimum genom bakteri? ;
Kogan A.B., Naumov N.P., Rezhabek V.G., Chorayan O.G. Sibernetika biologis. M.: “Sekolah Tinggi”, 1972. - 382 hal.;
Alexandrov V.Ya. Perilaku sel dan struktur intraseluler. M.: “Pengetahuan”, 1975. - 64 hal.

Pada tahun 1986, insinyur terkenal Amerika Eric Drexler, dalam bukunya “The Creation Machine,” memberikan contoh robot yang mampu membangun objek pada tingkat molekuler - atom demi atom. Mereka juga harus menembus ke dalam tubuh manusia dan mengobatinya dari dalam, bertindak langsung pada bagian tubuh yang sakit. Semua ini terdengar utopis, tetapi saat ini banyak ilmuwan yakin bahwa kemunculan mesin seperti itu - robot nano - hanyalah masalah waktu saja.

Apa itu nanorobot?

Belum ada jawaban yang jelas untuk pertanyaan ini - tidak ada interpretasi tunggal dan universal terhadap istilah “nanorobot”. Secara umum, ketika orang berbicara tentang perangkat semacam itu, yang mereka maksud adalah robot kecil seukuran molekul yang dapat memanipulasi atom dan objek berskala nano lainnya. Dengan kata lain, mereka mampu mempengaruhi fondasi seluruh dunia kita, karena telah terbukti bahwa segala sesuatu di sekitar kita, termasuk diri kita sendiri, terdiri dari atom. Hal ini membuka peluang besar bagi robot nano dan orang-orang yang mengendalikannya.

Tidak semua ilmuwan percaya bahwa menciptakan robot nano adalah mungkin, dan sulit untuk menyalahkan mereka atas skeptisisme - semua yang dijelaskan di atas benar-benar terdengar terlalu fantastis. Namun kita perlu memahami bahwa kita masing-masing masih hidup saat ini berkat operasi nanobot yang tak terhitung jumlahnya di triliunan sel kita. Orang memberi mereka nama tertentu, seperti "ribosom", "sel darah", dll., tetapi pada intinya mereka adalah mesin yang diprogram dengan suatu fungsi. Jika kita dapat memahami dengan tepat “program” apa yang mereka gunakan dan dapat membuatnya kembali, masa depan robot nano tidak akan lama lagi.

Beberapa metode sekarang digunakan untuk membuat robot nano. Menurut yang pertama, pabrik nano khusus akan diperlukan untuk tujuan ini. Ini adalah seperangkat perangkat yang dirancang untuk menggabungkan atom dan membuat berbagai ikatan darinya. Metode kedua melibatkan pembuatan robot nano berdasarkan DNA.

Kemungkinan potensi robot nano

Para ilmuwan percaya bahwa hal ini praktis tidak terbatas. Dengan perkembangan teknologi yang memadai, perangkat mikroskopis ini benar-benar dapat mengubah dunia kita. Antara lain, mereka akan mengizinkan:

Mengobati segala penyakit, bahkan penyakit berbahaya seperti kanker. Dokter akan dapat memperkenalkan robot ke dalam tubuh pasien dan dengan bantuan mereka dengan cepat melacak sel-sel yang terkena dampak, dan kemudian langsung mengobatinya dari dalam! Hal ini, pada gilirannya, akan memperpanjang umur manusia secara signifikan dan, bahkan mungkin, memperoleh keabadian.

Mengubah tubuh, meningkatkan fungsi dan kemampuannya. Nanobot dalam hal ini digunakan sebagai implan. Ditempatkan di dalam tubuh, mereka akan memantau kondisinya, mencatat gejala penyakit dengan cepat, memperbaiki ciri fisik pemakainya, dll.

Hubungkan otak Anda ke Internet. Secara langsung! Penemu Raymond Kurzwell yakin hal ini akan mungkin terjadi pada awal tahun 2030.

Memurnikan perairan lautan dan udara di dunia, menyedot polusi pada tingkat molekuler.

Ini hanyalah sebagian kecil dari kemampuan robot nano. Dengan imajinasi dan kecerdikan yang tepat, Anda dapat melakukan banyak hal dengan bantuan mereka.

Robot nano modern

Sejumlah perkembangan luar biasa ke arah ini telah terjadi! Berikut ini beberapa di antaranya:

Nanofin dari ETH Zurich dan Technion. Perangkatnya adalah kawat polipropil. Ia mampu bergerak dalam cairan biologis tubuh dengan kecepatan 15 mikrometer per detik. “Nanofin” semacam itu dapat digunakan untuk pengiriman obat yang ditargetkan ke organ yang terkena.

Mesin nano bergerak 3D yang terbuat dari DNA. Desain yang tidak biasa ini dikembangkan oleh para ilmuwan di Universitas Ohio. Bot ini dibuat langsung dari sel DNA dan dapat melakukan manipulasi tertentu.

Jenis robot nano lainnya, yang dirancang untuk mengirimkan obat ke area tertentu, diciptakan oleh para ilmuwan di Universitas Drexel. Rancangannya berupa rangkaian 13 bot yang mampu bergerak melalui cairan biologis dengan kecepatan 17,85 mikrometer per detik.

Nanobot ini tentu saja belum mampu menyembuhkan segala penyakit atau menghubungkan otak manusia dengan internet. Dan dalam waktu dekat mereka tidak akan mampu melakukannya. Namun jelas bahwa segala sesuatunya bergerak ke arah ini, dan kemunculan nanobot dalam kehidupan sehari-hari bukanlah hal yang tidak realistis seperti yang terlihat pada pandangan pertama.

Nanobot adalah robot yang ukurannya sebanding dengan ukuran molekul. Mereka memiliki fungsi pergerakan, pemrosesan dan transmisi informasi, pelaksanaan program, dan dalam beberapa kasus kemampuan untuk mereproduksi diri mereka sendiri.

Untuk pertama kalinya, ilmuwan Amerika Kim Eric Drexler, yang disebut sebagai “bapak nanoteknologi”, berbicara secara terbuka tentang penciptaan robot nano. Ilmuwan tersebut membahas gagasan menciptakan robot nano dalam bukunya “Mesin Penciptaan.” Di sini dia menyajikan skenario hipotetis untuk kebangkitan kembali orang-orang yang menjalani kriopreservasi. Ini adalah ahli teori pertama yang menciptakan robot nano molekuler dan konsep “grey goo”. Drexler berpartisipasi dalam penelitian NASA terhadap pemukiman luar angkasa pada tahun 1975 dan 1976. Dia mengembangkan sel surya yang sangat efisien berdasarkan nanoteknologi, dan juga secara aktif terlibat dalam kebijakan luar angkasa.

Pada tahun 2010, robot nano berbasis DNA yang mampu bergerak di luar angkasa pertama kali didemonstrasikan. Dan sampai saat ini, penelitian rahasia terus dilakukan di industri ini.

Mengapa robot nano diciptakan? Menurut data resmi, mereka dapat memberikan bantuan yang sangat berharga dalam bidang kedokteran. Rencananya robot mikroskopis ini akan disuntikkan ke pasien dan menjalankan peran komunikasi nirkabel dan sejumlah tugas lainnya dalam skala nano.

Disebutkan hingga saat ini nanorobot belum pernah diujikan pada manusia, namun selama 10-20 tahun terakhir muncul fakta bahwa nanorobot sudah ada di dalam tubuh banyak orang di seluruh dunia, mereka keluar langsung dari kulit manusia, menghancurkan bagian dalam tubuh manusia. sel, mengganggu fungsi semua sistem tubuh.

Beberapa peneliti sukarelawan di bidang ini telah membandingkan foto beberapa robot nano yang disajikan dalam publikasi ilmiah dan foto robot nano yang diekstraksi dari tubuh manusia berkali-kali lipat. Foto disajikan di bawah ini.

Latar belakang umum adalah foto robot nano yang diambil dari tubuh seorang Amerika, yang selama 13 tahun telah menyaksikan tubuhnya perlahan-lahan dihancurkan oleh makhluk ajaib yang tidak dapat dipahami. Di sebelah kanan adalah foto robot nano dari jurnal ilmiah "Advanced Materials".

Pertanyaan: dari mana asal robot nano yang identik dengan yang disajikan dalam jurnal ilmiah di dalam tubuh manusia?

Dan yang terburuk adalah semakin banyak pasien seperti itu di seluruh dunia. Tidak ada yang memberikan penjelasan mengenai hal ini. Tidak ada penelitian yang dilakukan. Ilmuwan dan dokter yang mencoba melakukan penelitian meninggal secara misterius. Satu-satunya hal yang berhasil ditemukan oleh beberapa dokter ketika menganalisis robot nano yang ditemukan di tubuh manusia adalah bahwa robot tersebut sebagian besar terdiri dari silikon dan menarik banyak mikroorganisme patogen lainnya.

Apakah umat manusia masih membutuhkan robot nano? Hanya mereka yang diinisiasi yang mengetahui untuk apa mereka sebenarnya diciptakan.

Ingin menikmati semua fitur ponsel cerdas di TV Anda? Untuk melakukan ini, Anda hanya perlu membeli set-top box Android TV. Banyak pilihan konsol dihadirkan di website https://androidmag.org/. Harga akan menyenangkan Anda.

Tingkat perkembangan teknologi

Saat ini (2009), robot nano sedang dalam tahap penelitian penciptaan. Beberapa ilmuwan menyatakan bahwa beberapa komponen robot nano telah dibuat. Sejumlah konferensi ilmiah internasional dikhususkan untuk pengembangan komponen perangkat nano dan robot nano itu sendiri.

Beberapa prototipe primitif mesin molekuler telah dibuat. Misalnya, sensor yang memiliki saklar sekitar 1,5 nm, mampu menghitung molekul individu dalam sampel kimia. Rice University baru-baru ini mendemonstrasikan perangkat nano untuk digunakan dalam mengatur proses kimia di mobil modern.

Salah satu prototipe robot nano yang paling kompleks adalah "kotak DNA", yang dibuat pada akhir tahun 2008 oleh tim internasional yang dipimpin oleh Jörgen Kjems. Perangkat ini memiliki bagian bergerak yang dikendalikan dengan menambahkan fragmen DNA tertentu ke media. Menurut Kjems, perangkat tersebut dapat berfungsi sebagai “komputer DNA”, karena gerbang logika dapat diimplementasikan pada basisnya. Fitur penting dari perangkat ini adalah metode perakitannya, yang disebut origami DNA, berkat perangkat tersebut dirakit secara otomatis.

Teori robot nano

Karena robot nano berukuran mikroskopis, kemungkinan besar banyak dari mereka akan dibutuhkan untuk bekerja sama memecahkan masalah mikroskopis dan makroskopis. Kami sedang mempertimbangkan kawanan robot nano yang tidak mampu melakukan replikasi (yang disebut “kabut layanan”) dan mampu melakukan replikasi independen di lingkungan (“grey goo” dan opsi lainnya). Robot nano banyak digambarkan dalam fiksi ilmiah; dalam film Terminator 2: Judgment Day, robot T-1000 dengan jelas menunjukkan potensi penggunaan robot nano dalam teknologi militer. Selain kata “nanorobot”, ungkapan “nanite”, “nanogen” dan “nanomant” juga digunakan, namun istilah yang benar secara teknis dalam konteks penelitian teknik yang serius masih tetap menggunakan versi aslinya.

Beberapa pendukung nanobot, dalam menanggapi skenario "grey goo", berpendapat bahwa nanobot hanya mampu bereplikasi dalam jumlah terbatas dan dalam ruang pabrik nano tertentu. Selain itu, proses replikasi diri yang akan membuat nanoteknologi aman masih belum dikembangkan. Selain itu, replikasi robot secara gratis adalah proses hipotetis dan bahkan tidak dipertimbangkan dalam rencana penelitian saat ini.

motorik molekuler

Namun, ada rencana untuk membuat robot nano medis yang akan disuntikkan ke pasien dan bertindak sebagai komunikasi nirkabel pada skala nano. Robot nano semacam itu tidak dapat diproduksi dengan menyalin sendiri, karena hal ini kemungkinan besar akan menimbulkan kesalahan penyalinan yang dapat mengurangi keandalan perangkat nano dan mengubah kinerja tugas medis. Sebaliknya, robot nano direncanakan akan diproduksi di pabrik nano medis khusus.

baling-baling molekuler

Sehubungan dengan perkembangan arah penelitian ilmiah robot nano, permasalahan yang paling mendesak saat ini adalah desain spesifiknya, seperti penginderaan, hubungan gaya antar molekul, navigasi, instrumen manipulasi, peralatan propulsi, motor molekuler, dan komputer terpasang. dirancang untuk memecahkan masalah medis. Meskipun sebagian besar masalah ini belum terpecahkan dan proposal rekayasa terperinci masih kurang, Kolaborasi Pengembangan Pabrik Nano, yang didirikan oleh Robert Freitas dan Ralph Merkle pada tahun 2000, berfokus pada pengembangan program penelitian praktis yang bertujuan untuk menciptakan pabrik nano mekanosintesis berlian terkontrol. yang akan mampu menghasilkan robot nano medis berdasarkan senyawa berlian.

Penerapan Potensial

Aplikasi pertama yang berguna dari mesin nano, jika muncul, direncanakan dalam teknologi medis, di mana mereka dapat digunakan untuk mengidentifikasi dan menghancurkan sel kanker. Mereka juga dapat mendeteksi bahan kimia beracun di lingkungan dan mengukur tingkat konsentrasinya.

Nanorobot dalam budaya populer

Ide nanorobot banyak digunakan dalam fiksi ilmiah modern.

Komposisi dengan nama yang sama (Nanobots) oleh grup Re-zone didedikasikan untuk robot nano
Plot game Deus Ex dan Deus Ex: Invisible War didasarkan pada meluasnya distribusi nanorobot di masa depan

Lihat juga

Tautan

Nanorobots - kemenangan atau tragedi masa depan bagi umat manusia?

Catatan

Yayasan Wikimedia. 2010.

Sinonim:

Lihat apa itu “Nanobot” di kamus lain:

Kata benda, jumlah sinonim: 1 nanorobot (2) Kamus Sinonim ASIS. V.N. Trishin. 2013… Kamus sinonim

robot nano- Mesin nano robot nanoteknologi (nanite), yang dimensinya diukur dalam nanometer Topik bioteknologi EN nanobot ... Panduan Penerjemah Teknis

robot nano- Nanobot Nanobot (nanorobot) Perangkat berukuran nano yang dikendalikan perangkat lunak yang dibuat menggunakan teknologi molekuler dan memiliki otonomi yang memadai. Perangkat hipotetis berukuran beberapa hingga puluhan nanometer ini dapat... ... Kamus Penjelasan Bahasa Inggris-Rusia tentang Nanoteknologi. - M.