Nanorobòtica

De Viquipèdia
Dreceres ràpides: navegació, cerca

La nanorrobótica és el camp de les tecnologies emergents que crea màquines o robots els components dels quals estan o són propers a escala nanométrica (10−9 metres).[1][2][3] D'una forma més específica, la nanorrobótica es refereix a l'enginyeria nanotecnológica del disseny i construcció de nanorrobots, tenint aquests dispositius una grandària d'al voltant de 0,1 a 10 micròmetres i estan construïts amb components de nanoescala o moleculars.[4][5] També han estat usada les denominacions de nanobots, nanoides, nanites, nanomàquines o nanomites per descriure a aquests dispositius que actualment es troben en recerca i desenvolupament.[6][7]

En la seva majoria les nanomàquines es troben en fase de recerca i desenvolupament, però s'han provat algunes màquines moleculars i nanomotores primitius.[8] Un exemple d'això és un sensor que té un interruptor d'aproximadament 1,5 nanómetros d'ample, capaç d'explicar molècules específiques en una mostra química. Les primeres aplicacions útils de les nanomàquines podrien donar-se a la tecnologia mèdica, aquests dispositius podrien ser usats per identificar i destruir cèl·lules cancerígenas.[9][10][11] Una altra aplicació potencial és la detecció de químics tòxics, i en el mesurament de les seves concentracions, en l'ambient. La Universitat Rice ha demostrat un acte d'una sola molècula desenvolupat mitjançant un procés químic i que inclou l'ús de buckyballs com a rodes. És conduït controlant la temperatura ambienti i posicionant la punta d'un microscopi d'efecte túnel.

Una altra definició diu que és un robot que permet interaccions precises amb objectes de grandària nanométrico, o pot manipular amb resolució nanométrica. Tales dispositius estan més relacionats amb la microscopía o amb microscopi de sonda d'escombratge, en vegada descriure als nanorobots com una màquina molecular. Seguint amb la definició de microscopía fins i tot amb grans aparells com un microscopi de força atòmica que poden ser considerats com a instruments nanorrobóticos quan són configurats per realitzar nanomanipulaciones. Des d'aquesta perspectiva, robots de macroescala o microrobots que es poden moure amb precisió nanométrica també pot ser considerat com nanorrobots.

Teoria de la nanorobótica[modifica | modifica el codi]

D'acord a Richard Feynman, va anar el seu ex estudiant graduat i col·laborador Albert Hibbs qui li va suggerir originalment prop de 1959 la idea d'un ús mèdic per les micromàquines teòriques de Feynman (veure nanotecnologia). Hibbs va suggerir que cert tipus de màquines de reparació algun dia podrien ser minituriarizadas al punt que en teoria podria ser com "empassar-se al doctor", tal com ho va dir Feynman. La idea va ser incorporada en l'assaig de Feynman publicat en 1959 There's Plenty of Room at the Bottom (en castellà: Hi ha molt espai en el fons).[12]

Atès que els nanorrobots serien de grandària microscòpica, probablement seria necessari que treballessin junts una quantitat molt gran d'aquests aparells per poder dur a terme tasques microscòpiques i macroscòpiques. Aquests eixams de nanorrobots, tant aquells incapaços de autoreplicarse (com en una boira útil) i aquells capaços de autoreplicarse sense restriccions en l'ambient natural (com en una plaga grisa o més recentment en un núvol de cuques de llum i adoptant formes humanes), apareixen en moltes històries de ciència-ficció, tals com les nanosondas dels Borg en Star Trek ; en l'episodi Una Nova Raça de la sèrie de televisió The Outer Limits i en Revolution (sèrie de televisió) on apareixen com a concentrats en càpsules amb finalitats curativos (temporada 1) i després com una massa omniscient amb plans propis i capacitat d'adoptar diferents formes, entre elles la humana(temporada 2)

Alguns partidaris de la nanorrobótica, en reacció a alguns escenaris de terror en relació a la plaga grisa que inicialment ells van ajudar a popularitzar, sostenen el punt de vista que els nanorrobots que són capaços de replicar-se fora d'un ambient restringit d'una fàbrica no necessàriament parteix d'una nanotecnologia amb intencions de producció, i que el procés de autorreplicación, si alguna vegada es pogués desenvolupar, podria ser dissenyat per ser inherentment segur. Aquests asseguren que els seus plans actuals per desenvolupar i usar la fabricació molecular no inclouen replicadores de lliure alimentació.[13][14]

Les discussions teòriques més detallades sobre nanorrobótica, que inclouen dissenys específics en temes com a sensors, transport de comunicació, navegació, manipulació, locomoció i computació integrada, han estat presentades en el context mèdic de la nanomedicina per Robert Freitas. Algunes d'aquestes discussions romanen al nivell de generalitats sense possibilitat de fabricar-les i no s'aproximen al nivell d'enginyeria de detall.

Enfocaments[modifica | modifica el codi]

Biochip[modifica | modifica el codi]

L'ús simultani de la nanoelectrónica, la fotolitografía i nous biomaterials proporcionen una possible aproximació per fabricar nanorrobots per a aplicacions mèdiques comunes, tals com per a instruments quirúrgics, diagnòstic i dosatge de drogues.[15][16][17] Actualment aquest mètode per a la fabricació de nanotecnologia és usat en la indústria electrònica.[18] D'aquesta forma, nanorrobots pràctics podrien ser integrats com a dispositius nanoelectrónicos, la qual cosa permetria la tele-operació i capacitats avançades als instruments mèdics.[19][20]

Nubots[modifica | modifica el codi]

Nubot és una abreviatura per "nucleic acid robot" (en castellà: Robot d'Àcid Nucleic). Els nubots són màquines orgàniques moleculars de grandària nanométrico.[21] L'estructura de l'ADN pot proporcionar els mitjans per assemblar dispositius nanomecánicos bi i tridimensionals. Les màquines basades en ADN poden ser activades usant petites molècules, proteïnes i altres molècules d'ADN.[22][23][24] Portes de circuits biològiques basades en materials d'ADN han estat fabricades com a màquines moleculars que permeten inserir drogues in-vitro per a problemes específics de salut.[25] Tals sistemes basats en materials funcionarien més semblants a sistemes biomaterials intel·ligents de dosatge de drogues, però no permeten la teleoperació en viu precisa de tals sistemes prototips.[26]

Nanoassemblatge posicional[modifica | modifica el codi]

La Col·laboració de Nanofábricas, fundada per Robert Freitas i Ralph Merkle l'any 2000 i que involucra a 23 investigadors pertanyents a 10 organitzacions i 4 països, s'enfoca a desenvolupar una agenda pràctica de recerques específicament apuntada a desenvolupar una mecanosíntesis de diamants controlada posicionalmente i una nanofábrica diamantina que tindria la capacitat de fabricar nanorrobots mèdics d'estructura diamantina.[27][28]

Basat en bacteris[modifica | modifica el codi]

Aquest enfocament proposa l'ús de microorganismes biològics, com el bacteri Escherichia coli.[29] Així aquest model usa un flagellum com a mètode de propulsió, utilitzant-se normalment camps electromagnètics per controlar el moviment d'aquesta classe de dispositius biològics integrats.[30]

Tecnologia Oberta[modifica | modifica el codi]

Un document amb una proposta per al desenvolupament de nanobiotecnología usant enfocaments de tecnologia oberta ha estat enviat a l'Assemblea General de les Nacions Unides.[31] D'acord al document enviat a les Nacions Unides, en la mateixa forma que en anys recents el moviment Open Source ha accelerat el desenvolupament dels sistemes computacionals, un enfocament similar hauria de beneficiar a la societat en la seva majoria i accelerar el desenvolupament de la nanorobótica. L'ús de la nanobiotecnología hauria de ser declarat com a patrimoni de la humanitat per a les següents generacions, i ser desenvolupada com una tecnologia oberta basada en pràctiques ètiques per a propòsits pacífics. S'ha declarat que la tecnologia oberta és una clau fonamental per a tal propòsit.

Carrera nanorrobótica[modifica | modifica el codi]

De la mateixa forma en què el desenvolupament tecnològic va tenir a la carrera espacial i a la carrera d'armes nuclears, la nanotecnologia està tenint una carrera nanorobótica.[32][33][34][35][36] Existeix molts motius que permeten que els nanorobots siguin inclosos entre les tecnologies emergents.[37] Algunes de les raons són que les grans corporacions, tals com a General Electric, Hewlett-Packard i Northrop Grumman, han estat treballant recentment en el desenvolupament i la recerca de nanorobots; els cirurgians s'estan involucrant i començat a proposar formes d'usar nanorobots per a procediments mèdics comuns; les universitats i instituts de recerca han rebut fons d'agències de govern que excedeixen els US$2 mil milions per ser usats en la recerca del desenvolupament de nanodispositivos per a la medicina; els bancs també estan realitzant recerca estratègica amb la idea d'adquirir amb anticipació els drets i llicències per a la futura comercialització dels nanorobots.[38][39][40][41][42][43] Ja han sorgit litigis i temes relacionats al monopoli de la tecnologia de nanorobots.[44][45][46] Recentment s'han atorgat una gran quantitat de patents relacionades a la nanorobótica, principalment a agents de patents, empreses especialitzades únicament a construir portafolios de patents, i a advocats. Després d'una llarga sèrie de patents i demandes, veure per exemple la invenció de la ràdio o la Guerra dels corrents, els camps emergents de la tecnologia tendeixen a convertir-se en un monopoli, en el qual aquest camp és normalment dominat per grans corporacions.[47]

Aplicacions potencials[modifica | modifica el codi]

Nanomedicina[modifica | modifica el codi]

Les aplicacions potencials per la nanorobótica en medicina inclouen diagnòstics preliminars i dosatge de drogues per atacar el càncer, instrumentació biomèdica, cirurgia, farmacocinética, el monitoreo de la diabetis, i la cura de la salut.[48][49][50][51][52][53][54][55][56][57]

S'espera que la futura nanotecnologia mèdica vaig emprar nanorrobots injectats en el pacient perquè funcionin a nivell cel·lular. Els nanorrobots d'ús mèdic haurien de ser no replicantes, ja que la replicació augmentaria de forma indesitjable la seva complexitat i interferiria amb la seva missió mèdica.

Vegeu també[modifica | modifica el codi]

Referències[modifica | modifica el codi]

  1. Vaughn JR. «Over the Horizon: Potential Impact of Emerging Trends in Information and Communication Technology on Disability Policy and Practice». National Council on Disability, Washington DC., 2006, pàg. 1–55.
  2. Ghosh, A., Fischer, P. «Controlled Propulsion of Artificial Magnetic Nanostructured Propellers». Nano Letters, 9, 6, 2009, pàg. 2243–2245. DOI: 10.1021/nl900186w. PMID: 19413293.
  3. Sierra, D. P., Weir, N. A., Jones, J. F. «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, 2005, pàg. 1–50. DOI: 10.2172/875622.
  4. Tarakanov, A. O., Goncharova, L. B., Tarakanov Y. A. «Carbon nanotubes towards medicinal biochips». Wiley Interdisciplinary Reviews: Nanomedicine and Nanobiotechnology, 2, 1, 2009, pàg. 1–10. DOI: 10.1002/wnan.69.
  5. Ignatyev, M. B. «Necessary and sufficient conditions of nanorobot synthesis». Doklady Mathematics, 82, 1, 2010, pàg. 671–675. DOI: 10.1134/S1064562410040435.
  6. Cerofolini, G., Amato, P., Masserini, M., Mauri, G. «A Surveillance System for Early-Stage Diagnosis of Endogenous Diseases by Swarms of Nanobots». Advanced Science Letters, 3, 4, 2010, pàg. 345–352. DOI: 10.1166/asl.2010.1138.
  7. Yarin, A. L. «Nanofibers, nanofluidics, nanoparticles and nanobots for drug and protein delivery systems». Scientia Pharmaceutica Central European Symposium on Pharmaceutical Technology, 78, 3, 2010, pàg. 542. DOI: 10.3797/scipharm.cespt.8.L02.
  8. Wang, J. «Can Man-Made Nanomachines Compete with Nature Biomotors?». ACS Nano, 3, 1, 2009, pàg. 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. «Targeted Optimization of a Protein Nanomachine for Operation in Biohybrid Devices». Angewandte Chemie, 122, 2, 2010, pàg. 322–326. DOI: 10.1002/ange.200905200.
  10. Patel, G. M., Patel, G. C., Patel, R. B., Patel, J. K., Patel, M. «Nanorobot: A versatile tool in nanomedicine». Journal of Drug Targeting, 14, 2, 2010, pàg. 63–67. DOI: 10.1080/10611860600612862. PMID: 16608733.
  11. Wang, J. et al . «Micromachine Enables Capture and Isolation of Cancer Cells in Complex Media». Angew Chem. Int. Ed., 50, 2011, pàg. 4161–4165. DOI: 10.1002/anie.201100115.
  12. Richard P. Feynman. «There's Plenty of Room at the Bottom», diciembre 1959. [Consulta: marzo 2010].
  13. Zyvex: "Auto Replicación y Nanotecnología" (en inglés) "los sistemas autoreplicante artificiales sólo funcionarán en ambientes artificiales cuidadosamente controlados .
  14. "Directrices Prospectivas para el Desarrollo Responsable de la Nanotecnología" (en inglés) "Los ensambladores autorreplicantes autónomos no son necesarios para lograr capacidades de fabricación significativas."
  15. Fisher, B. «Biological Research in the Evolution of Cancer Surgery: A Personal Perspective». Cancer Research, 68, 24, 2008, pàg. 10007–10020. DOI: 10.1158/0008-5472.CAN-08-0186. PMID: 19074862.
  16. Cavalcanti, A., Shirinzadeh, B., Zhang, M. & Kretly, L.C. «Nanorobot Hardware Architecture for Medical Defense». Sensors, 8, 5, 2008, pàg. 2932–2958. DOI: 10.3390/s8052932.
  17. Hill, C., Amodeo, A., Joseph, J.V. & Patel, H.R.H. «Nano- and microrobotics: how far is the reality?». Expert Review of Anticancer Therapy, 8, 12, 2008, pàg. 1891–1897. DOI: 10.1586/14737140.8.12.1891. PMID: 19046109.
  18. Cale, T.S., Lu, J.-Q. & Gutmann, R.J. «Three-dimensional integration in microelectronics: Motivation, processing, and thermomechanical modeling». Chemical Engineering Communications, 195, 8, 2008, pàg. 847–888. DOI: 10.1080/00986440801930302.
  19. Couvreur, P. & Vauthier, C. «Nanotechnology: Intelligent Design to Treat Complex Disease». Pharmaceutical Research, 23, 7, 2006, pàg. 1417–1450. DOI: 10.1007/s11095-006-0284-8. PMID: 16779701.
  20. Elder, J.B., Hoh, D.J., Oh, B.C., Heller, A.C., Liu, C.Y. & Apuzzo, M.L. «The future of cerebral surgery: a kaleidoscope of opportunities». Neurosurgery, 62, 6, 2008, pàg. 1555–1579. DOI: 10.1227/01.neu.0000333820.33143.0d. PMID: 18695575.
  21. Wong, P. C., Wong, K.-K. & Foote H. «Organic data memory using the DNA approach». Communications of the ACM, 46, 1, 2003, pàg. 95–98. DOI: 10.1145/602421.602426.
  22. Seeman. N. C. «From genes to machines: DNA nanomechanical devices». Trends in Biochemical Sciences, 30, 3, 2005, pàg. 119–125. DOI: 10.1016/j.tibs.2005.01.007.
  23. Montemagno, C. & Bachand, G. «Constructing nanomechanical devices powered by biomolecular motors». Nanotechnology, 10, 3, 1999, pàg. 225–231. DOI: 10.1088/0957-4484/10/3/301.
  24. Yin, P., Choi, H. M. T., Calvert, C. R. & Pierce, N. A. «Programming biomolecular self-assembly pathways». Nature, 451, 7176, 2008, pàg. 318–322. DOI: 10.1038/nature06451. PMID: 18202654.
  25. Douglas, S. M., Bachelet, I. & Church, G. M. «A Logic-Gated Nanorobot for Targeted Transport of Molecular Payloads». Science, 335, 6070, 2012, pàg. 831–834. DOI: 10.1126/science.1214081.
  26. Jin, S. & Ye, K. «Nanoparticle-Mediated Drug Delivery and Gene Therapy». Biotechnology Progress, 23, 1, 2007, pàg. 32–41. DOI: 10.1021/bp060348j.
  27. Nanofactory
  28. Positional Diamondoid Molecular Manufacturing
  29. Martel, S., Mohammadi, M., Felfoul, O., Lu, Z., Pouponneau P. & David H. (2009).
  30. Sakar, Mahmud. «MicroBioRobots for Single Cell». Falta indicar la publicació, 2010.
  31. Cavalcanti, A. «Nanorobot Invention and Linux: The Open Technology Factor - An Open Letter to UNO General Secretary». CANNXS Project, 1, 1, 2009, pàg. 1–4.
  32. Hede, S., Huilgol, N. «"Nano": The new nemesis of cancer». Journal of Cancer Research and Therapeutics, 2, 4, 2006, pàg. 186–195. DOI: 10.4103/0973-1482.29829. PMID: 17998702.
  33. Das, S., Gates, A. J., Abdu, H. A., Rose, G. S., Picconatto, C. A., Ellenbogen, J. C. «Designs for Ultra-Tiny, Special-Purpose Nanoelectronic Circuits». IEEE Transactions on Circuits and Systems I: Regular Papers, 54, 11, 2007, pàg. 2528–2540. DOI: 10.1109/TCSI.2007.907864.
  34. Solomon, N., Nanorobotics System, WIPO Patent WO/2008/063473, 2008.
  35. Kurzweil, R., Systems and Methods for Generating Biological Material, WIPO Patent WO/2007/001962, 2007.
  36. Rosso, F., Barbarisi, M., Barbarisi, A. «Technology for Biotechnology». Biotechnology in Surgery, 2011, pàg. 61–73. DOI: 10.1007/978-88-470-1658-3_4.
  37. Challacombe, B., Althoefer, K., Stoianovici, D. «Emerging Robotics». New Technologies in Urology, 7, parte I, 2010, pàg. 49–56. DOI: 10.1007/978-1-84882-178-1_7.
  38. Murday, J. S., Siegel, R. W., Stein, J., Wright, J. F. «Translational nanomedicine: status assessment and opportunities». Nanomedicine, 5, 3, 2009, pàg. 251–273. DOI: 10.1016/j.nano.2009.06.001. PMID: 19540359.
  39. Hogg, T. «Coordinating Microscopic Robots in Viscous Fluids». Autonomous Agents and Multi-Agent Systems, 14, 3, 2007, pàg. 271–305. DOI: 10.1007/s10458-006-9004-3.
  40. Cuschieri, A. «Laparoscopic surgery: current status, issues and future developments». Surgeon, 3, 3, 2005, pàg. 125–138. DOI: 10.1016/S1479-666X(05)80032-0.
  41. Roco, M. C. «Nanotechnology: convergence with modern biology and medicine». Current Opinion in Biotechnology, 14, 3, 2003, pàg. 337–346. DOI: 10.1016/S0958-1669(03)00068-5. PMID: 12849790.
  42. Scheufele, D. A., Lewenstein, B. V. «The Public and Nanotechnology: How Citizens Make Sense of Emerging Technologies». Journal of Nanoparticle Research, 7, 6, 2005, pàg. 659–667. DOI: 10.1007/s11051-005-7526-2.
  43. Smith, D. M.; Goldstein, D. S.; Heideman, J. «Reverse Mergers and Nanotechnology». Nanotechnology Law & Business, 4, 3, 2007.
  44. Morrison, S. «The Unmanned Voyage: An Examination of Nanorobotic Liability». Albany Law Journal of Science & Technology, 18, 229, 2008.
  45. Craig Tyler, Patent Pirates Search For Texas Treasure, Texas Lawyer, September 20, 2004
  46. Jaffe, A. B., Lerner, J.. Innovation and Its Discontents: How Our Broken Patent System is Endangering Innovation and Progress, and What to Do About It, 2004. 
  47. Gilbert, R. J., Newbery, D. M. G. «Preemptive Patenting and the Persistence of Monopoly». American Economic Review, 72, 3, junio 1982, pàg. 514–526.
  48. Nanotechnology in Cancer
  49. Cancer-fighting technology
  50. LaVan DA, McGuire T, Langer R. «Small-scale systems for in vivo drug delivery». Nature Biotechnology, 21, 10, 2003. DOI: 10.1038/nbt876. PMID: 14520404.
  51. Medical Design Technology
  52. Neurosurgery
  53. Tiny robot useful for surgery
  54. Drug Targeting
  55. Nanorobots in Treatment of Diabetes
  56. Nanorobotics for Diabetes
  57. Wellness Engineering, Nanorobots, Diabetes
Bibliografia
  • Synergetic Agents. From Multi-Robot Systems to Molecular Robotics. Weinheim: Wiley-VCH, 2012. 

Enllaços externs[modifica | modifica el codi]