나노로보틱스

Nanorobotics
"나노봇"은 여기서 리다이렉트 됩니다.They Might Be Giants 앨범은 나노봇(앨범)을 참조하십시오.
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분자의
나노테크놀로지
키네신은 나노스코프에서 단백질 도메인 역학을 이용하여 미세관을 따라 걷는다.
에 관한 일련의 기사의 일부
나노테크놀로지
영향과 응용 프로그램
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나노일렉트로닉스
나노미터학
분자나노테크놀로지

나노로봇, 줄여서 나노로봇, 나노로봇은 나노미터(10미터)[1][2][3] 크기−9 이상의 부품을 가진 새로운 기술 분야이다.보다 구체적으로 나노로봇은 (마이크로로봇과는 대조적으로) 0.1~10마이크로미터 크기의 나노로봇과 나노스케일 또는 분자성분으로 구성된 [4][5]나노로봇을 설계하고 만드는 나노공학 분야를 말한다.나노봇, 나노이드, 나노나이트, 나노머신, 나노마이트라는 용어는 또한 현재 [6][7]연구 개발 중에 있는 그러한 장치들을 설명하기 위해 사용되어 왔다.

나노기계는 주로 연구 개발 [8]단계에 있지만, 일부 원시 분자 기계와 나노모터가 실험되었다.예를 들어 약 1.5나노미터의 직경 스위치를 가진 센서가 화학 샘플 내의 특정 분자를 셀 수 있습니다.나노기계의 첫 번째 유용한 응용 분야는 나노의학일 수 있다.예를 들어,[9] 생물학적 기계는 [10][11]암세포를 식별하고 파괴하는 데 사용될 수 있다.또 다른 잠재적 적용 분야는 환경에서의 독성 화학물질의 검출과 농도 측정이다.라이스 대학교는 바퀴에 버클민스터풀레렌(버키볼)을 포함한 화학 공정에 의해 개발된 단일 분자 자동차를 시연했다.환경 온도를 제어하고 스캔 터널링 현미경 팁을 배치하여 작동합니다.

또 다른 정의는[whose?] 나노 크기의 물체와의 정확한 상호작용을 허용하거나 나노 크기의 분해능으로 조작할 수 있는 로봇이다.이러한 장치들은 나노로봇을 분자 기계로 묘사하는 대신 현미경 검사나 주사 탐침 현미경과 더 관련이 있다.현미경 정의를 사용하면 원자력 현미경 등 대형 기기라도 나노 자극이 가능하도록 구성되면 나노로봇 기기로 간주할 수 있다.따라서 나노 정밀도로 움직일 수 있는 매크로스케일 로봇이나 마이크로로봇도 나노로봇으로 볼 수 있다.

나노로보틱스 이론

리보솜은 생물학적 기계이다.

리처드 파인만에 따르면, 파인만의 이론적인 미세 기계에 대한 의학적인 사용 아이디어를 그에게 제안한 사람은 그의 전 대학원생이자 공동 연구자인 앨버트 힉스였다(1959년경).Hibbs는 어떤 수리 기계들은 언젠가는 이론적으로 (파인만의 표현대로) 외과의사를 삼킬 수 있을 정도로 크기가 줄어들 것이라고 제안했다.이 아이디어는 파인만의 1959년 에세이 [12]"밑바닥에 많은 공간이 있다"에 통합되었다.

나노로봇은 크기가 매우 작기 때문에, 아마도 아주 많은 수의 로봇들이 현미경적이고 거시적인 작업을 수행하기 위해 함께 일하는 것이 필요할[according to whom?] 것이다.이 나노 로봇 무리들은 (유틸리티 안개처럼) 복제할 수 없는 것과 (회색 구와 합성 생물학처럼) 자연 환경에서 제약 없이 복제할 수 있는 것 둘 다, 스타 트렉의 보그 나노 프로브와 "The Outer Limits" 에피소드 "The New Breed"와 같은 많은 공상 과학 소설에서 발견됩니다.나노로봇의 일부 지지자들은, 그들이 이전에 번식을 도왔던 회색의 끈적끈적한 시나리오에 대한 반응으로, 제한된 공장 환경 밖에서 복제할 수 있는 나노로봇은 생산적인 나노기술로 알려진 것의 필수적인 부분을 형성하지 않으며, 자기 복제 과정이 개발되더라도, 자기 복제의 과정을 형성하지 않는다는 견해를 가지고 있다.본질적으로 안전할 것이다.그들은 또한 분자 제조를 개발하고 사용하는 현재의 계획에는 사실 무료 사료 복제자가 [13][14]포함되어 있지 않다고 주장한다.

나노로보틱스의 상세한 이론적인 논의는 나노의학의 의학적 맥락에서 나노로보틱스,[15][16] 전력통신, 내비게이션, 조작, 이동 및 온보드 계산과 같은 특정 설계 문제를 포함한다.이러한 논의[which?] 중 일부는 구축 불가능한 일반성 수준에 머물러 있으며, 세부 엔지니어링 수준에는 접근하지 않습니다.

법적 및 윤리적 영향

오픈 테크놀로지

오픈소스 하드웨어나 오픈소스 소프트웨어처럼 오픈디자인 테크놀로지 방식을 이용한 나노바이오텍 개발에 관한 제안이 담긴 문서가 유엔총회에 [17]제출됐다.유엔에 보내진 문서에 따르면 최근 오픈소스가 컴퓨터 시스템의 발전을 가속화하고 있는 것과 마찬가지로, 이와 유사한 접근방식은 사회 전반에 도움이 되고 나노로봇의 발전을 가속화할 것이다.나노바이오 테크놀로지의 활용은 다음 세대의 인류 유산으로 확립되어 평화적 목적을 위한 윤리적 실천에 입각한 개방적인 기술로 발전해야 한다.오픈 테크놀로지는 이러한 목적을 위한 기본적인 열쇠로 언급된다.

나노로봇족

기술 연구개발이 우주경쟁과 핵군비 경쟁을 주도했던 것과 마찬가지로 나노로봇 경쟁이 [18][19][20][21][22]벌어지고 있다.나노로봇을 신기술에 [23]포함시킬 수 있는 토대가 많다.일부는 이유 중 제너럴 일렉트릭, 휴렛 패커드,에서는 Synopsys, 노스럽 그러 먼, 지멘스 같은 대기업 최근용 나노 로봇의 개발과 연구에;[24][25][26][27][28]의사들은 관여하고 있고 일반적인 의료 절차;[29]universitie용 나노 로봇이 적용될 방안을 제시하기 시작하고 있다.s, 그리고 연구 institutes는 정부기관으로부터 [30][31]의약 나노디바이스 개발에 20억달러를 넘는 자금을 지원받았습니다.은행가들도 미래 나노로봇 상용화에 [32]대한 사전 권리 및 로열티를 획득하기 위해 전략적으로 투자하고 있습니다.나노로봇 소송의 일부 측면과 독과점과 관련된 문제들이 이미 발생했다.[33][34][35]나노로봇은 특허대리인, 특허 포트폴리오 구축 전문기업, 변호사 등을 대상으로 최근 특허가 대거 부여됐다.오랜 특허와 최종 소송이 있은 후, 예를 들어 라디오의 발명이나 조류전쟁을 보면, 신흥 기술 분야는 일반적으로 [36]대기업이 지배하는 독점 분야가 되는 경향이 있습니다.

제조 방법

분자 부품으로 조립된 나노 기계를 제조하는 것은 매우 어려운 일입니다.난이도 때문에 많은 엔지니어와 과학자들은 이 새로운 개발 영역에서 돌파구를 찾기 위해 여러 분야의 접근방식을 통해 협력을 계속하고 있습니다.따라서 현재 나노로봇 제조에 적용되는 다음과 같은 개별 기술의 중요성은 충분히 이해할 수 있다.

바이오칩

주요 기사:바이오칩

나노일렉트로닉스, 포토리소그래피 및 새로운 생체소재의 공동 사용은 외과용 기구, 진단 및 약물 [37][38][39]전달과 같은 일반적인 의료용 나노로봇 제조에 대한 가능한 접근 방식을 제공합니다.이 나노테크놀로지 규모의 제조방법은 [40]2008년부터 전자업계에서 사용되고 있다.따라서, 실용적인 나노로봇은 나노 전자 소자로 통합되어야 하며, 이를 통해 원격 조작과 의료 [41][42]계측의 첨단 기능을 가능하게 할 것입니다.

누봇

주요 기사 : DNA 기계

핵산 로봇(누봇)은 나노 규모의 [43]유기 분자 기계이다.DNA 구조는 2D와 3D 나노기계 소자를 조립하는 수단을 제공할 수 있다.DNA 기반 기계는 작은 분자, 단백질 그리고 DNA의 [44][45][46]다른 분자들을 사용하여 활성화 될 수 있다.DNA 물질에 기초한 생물학적 회로 게이트는 표적 건강 [47]문제에 대한 체외 약물 전달을 가능하게 하는 분자 기계로 설계되었다.그러한 재료 기반 시스템은 스마트 생체 물질 약물 시스템 [48]전달에 가장 밀접하게 작동하지만, 그러한 엔지니어링된 프로토타입의 정확한 생체 내 원격 작동을 허용하지 않는다.

지표면 한정 시스템

여러 보고서에서 합성 분자 모터가 [49][50]표면에 부착되어 있다는 것을 입증했습니다.이 원시 나노기계는 거시적인 물질의 표면에 국한되면 기계와 같은 움직임을 보이는 것으로 나타났다.표면 고정 모터는 잠재적으로 컨베이어 벨트의 방식으로 표면에 나노 크기의 물질을 이동하고 배치하는 데 사용될 수 있습니다.

위치 나노 어셈블리

Nanofactory Collaboration,[51]로버트 프라이 타스와 랄프 해시가 2000년에, 10단체와 4개국에서 온 23연구원들이 연루된 agenda[52]는 특히 b의 실력을 가질 것positionally-controlled 다이아몬드 mechanosynthesis고 다이아몬드 형의. nanofactory 개발을 위한 실용적인 연구 발전에 초점을 맞추고 있설립uilding다이아몬드 형태의 의학 나노로봇.

바이오하이브리드

다음 항목도 참조하십시오.바이오 하이브리드 마이크로 스위머

바이오 하이브리드 시스템의 신흥 분야는 바이오메디컬 또는 로보틱 애플리케이션을 위한 생물학적 및 합성적 구조 요소를 결합합니다.바이오나노전자공학시스템(BioNEMS)의 구성 요소는 DNA, 단백질, 나노구조화 기계부품 등 나노크기이다.티올에네 전자빔은 나노 크기의 특징을 직접 쓸 수 있게 하고, 이어서 생체 [53]분자와 함께 자연적으로 반응하는 레지스트 표면의 기능화를 가능하게 한다.다른 접근법에서는 자분자에 부착된 생분해성 물질을 사용하여 자분자가 몸 주위를 [54]안내할 수 있도록 합니다.

박테리아 기반

참고 항목: 세균의 운동성

이 접근법은 대장균과[55] 살모넬라 [56]티푸스균과 같은 생물학적 미생물의 사용을 제안한다.따라서 이 모델은 추진 목적으로 편모를 사용합니다.전자기장은 보통 이런 종류의 생물학적 통합 [57]장치의 움직임을 제어합니다.네브래스카 대학의 화학자들은 실리콘 컴퓨터 [58]칩에 박테리아를 융합시켜 습도계를 만들었다.

바이러스 기반

레트로바이러스는 세포에 부착하고 DNA를 대체하도록 재훈련될 수 있다.그들은 유전자 포장을 [59]벡터로 전달하기 위해 역전사라고 불리는 과정을 거친다.일반적으로 이러한 장치는 Capsid 및 Delivery 시스템용 바이러스의 Pol – Gag 유전자입니다.이 과정은 레트로바이러스 유전자 치료라고 불리며, 바이러스 [60]벡터를 사용하여 세포 DNA를 재설계할 수 있는 능력을 가지고 있다.이 접근법은 레트로바이러스, 아데노바이러스, 렌티바이러스 유전자 전달 [61][62]시스템의 형태로 나타났다.이 유전자 치료 벡터는 고양이에게 유전자를 유전자 변형 유기체로 보내 그 특성을 나타내도록 하는 데 사용되어 왔다.[63]

3D 프린팅

주요 기사: 3D 프린팅

3D 프린팅은 적층 제조의 다양한 공정을 통해 입체적인 구조를 만드는 공정입니다.나노스케일 3D 프린팅은 훨씬 더 작은 규모로 통합된 많은 동일한 공정을 수반합니다.5-400 µm 크기의 구조물을 인쇄하기 위해서는 3D 프린팅 기계의 정밀도를 크게 높일 필요가 있습니다.3D 프린팅과 레이저 식각판 방식을 이용한 2단계 3D 프린팅 공정을 개선 기술로 [64]통합했습니다.3D 프린팅 공정은 나노로봇의 세그먼트에 필요한 디테일을 각 플레이트에 식각하는 레이저 식각 기계를 사용합니다.그런 다음 플레이트가 3D 프린터로 옮겨지고, 식각된 영역이 원하는 나노 입자로 채워집니다.나노로봇이 아래에서 위로 제작될 때까지 3D 프린팅 과정이 반복됩니다.

이 3D 프린팅 공정에는 많은 이점이 있습니다.첫째, 인쇄 [citation needed]공정의 전체적인 정확도를 높입니다.둘째, 나노로봇의 [64]기능적인 세그먼트를 만들 수 있습니다.3D 프린터는 집속 레이저 빔에 의해 정확한 위치에서 경화되는 액체 수지를 사용합니다.레이저 광선의 초점은 이동 가능한 거울에 의해 수지를 통해 유도되며 수백 나노미터 폭의 고체 고분자 경화선을 남깁니다.이 섬세한 해상도는 모래알만큼 작은 복잡한 구조의 조형물을 만들 수 있게 해줍니다.이 과정은 광활성수지를 사용하여 이루어집니다.광활성수지는 매우 작은 규모로 레이저에 의해 경화되어 구조를 만듭니다.나노급 3D 프린팅 표준으로 빠른 공정이다.멀티호톤 광중합에 사용되는 3D 미세 제작 기술로 초소형 기능을 만들 수 있습니다.이 접근 방식은 집속 레이저를 사용하여 원하는 3D 물체를 추적하여 젤 블록으로 만듭니다.광 들뜸의 비선형 특성으로 인해 겔은 레이저가 집중된 부분에서만 고체로 경화되며 나머지 겔은 세척된다.100nm 미만의 피처 크기뿐만 아니라 이동 [65]부품과 연동 부품이 있는 복잡한 구조도 쉽게 제작할 수 있습니다.

나노로봇 설계의 과제

가동부품으로 나노스케일 기계를 설계하고 제작할 때 해결해야 할 많은 과제와 문제들이 있다.가장 분명한 것은 조작 장치에 고정밀로 개별 나노 구조를 조립할 수 있는 매우 정교한 도구와 조작 기술을 개발할 필요가 있다는 것입니다.덜 명백한 도전은 나노 규모의 접착 및 마찰 특성과 관련이 있습니다.기존의 움직이는 부품을 가진 거시적 소자의 디자인을 그대로 나노급으로 줄이는 것은 불가능하다.나노 구조의 표면 에너지가 높아 에너지 최소화 원리에 따라 모든 접촉 부품이 서로 붙는 구조이기 때문에 이 방식은 효과가 없을 것이다.부품 간의 접착력과 정적 마찰력은 재료의 강도를 초과하기 쉬우므로 부품이 서로 움직이기 전에 파손됩니다.따라서 접촉 면적이 최소인 이동식 구조물을 설계해야 합니다[].[66]

약물 전달을 목적으로 설계된 나노로봇의 빠른 발전에도 불구하고, "그들의 상용화와 임상 응용이 [67][68]이루어지기까지는 아직 갈 길이 멀다."

잠재적인 용도

다음 항목도 참조하십시오.나노 기술의 응용

나노의학

주요 기사:나노의학

의학에서 나노로보틱스의 잠재적 용도에는 암,[69][70][71] 생물의학 기기,[72] 수술,[73][74] 약물역학,[10] [75][76][77]당뇨병 모니터링 및 건강관리에 대한 조기 진단 및 표적 약물 전달이 포함됩니다.

이러한 계획에서, 미래의 의학 나노 기술은 세포 수준의 작업을 수행하기 위해 환자에게 주입된 나노로봇을 사용할 것으로 예상된다.복제는 장치의 복잡성을 불필요하게 증가시키고 신뢰성을 감소시키며 의료 임무를 방해하기 때문에 의학에서 사용하도록 의도된 나노로봇은 복제되지 않아야 한다.

나노테크놀로지는 의약품 공급을 최적화하는 맞춤형 수단을 개발하기 위한 광범위한 신기술을 제공합니다.오늘날 화학요법과 같은 치료법의 해로운 부작용은 일반적으로 의도된 표적 세포를 정확히 [78]찾아내지 못하는 약물 전달 방법의 결과이다.그러나 하버드와 MIT의 연구원들은 나노 입자에 거의 10 nm 직경의 특별한 RNA 가닥을 부착할 수 있었고, 나노 입자는 화학 치료 약물로 채워졌다.이 RNA 가닥들은 암세포에 끌린다.나노입자가 암세포를 만나면 달라붙어 암세포에 [79]약물을 방출한다.이러한 약물 전달 방향 방법은 (일반적으로 부적절한 약물 [78][80]전달과 관련된) 부정적인 영향을 피하면서 암 환자를 치료할 수 있는 큰 잠재력을 가지고 있다.생물에서 작동하는 나노모터의 첫 시연은 2014년 [81]샌디에이고 캘리포니아 대학에서 실시되었습니다.MRI 유도 나노캡슐은 나노로봇의 [82]잠재적 전구체 중 하나입니다.

나노로봇의 또 다른 유용한 응용은 백혈구와 [83]함께 조직세포의 복구를 돕는 것이다.감염 부위에 염증 세포나 백혈구(호중구 과립구, 림프구, 단구, 비만 세포 포함)를 모집하는 것이 [84]상처에 대한 조직의 첫 번째 반응이다.나노로봇은 크기가 작기 때문에 모집된 백혈구의 표면에 부착되어 혈관 벽을 통해 밖으로 비집고 나와 상처 부위에 도착하여 조직 복구 과정을 도울 수 있다.특정 물질을 사용하여 회복을 가속화할 수 있습니다.

이 메커니즘의 배후에 있는 과학은 매우 복잡하다.혈액 내피를 가로지르는 세포의 통과는 형질전환으로 알려진 과정으로 세포 표면 수용체가 접착 분자에 관여하는 메커니즘, 혈관 벽의 활성력 작용과 팽창, 이동 세포의 물리적 변형과 관련이 있습니다.이동하는 염증 세포에 붙임으로써, 로봇들은 그들만의 [83]복잡한 이행 메커니즘의 필요성을 피하면서 실질적으로 혈관을 가로질러 "승차"할 수 있다.

2016년 현재 미국 식품의약국(FDA)은 나노 기술을 [85]크기에 따라 규제하고 있다.

전자장에 의해 원격으로 제어되는 나노 복합 입자들도 개발되었다.[86]현재 기네스북에 [86]등재된 이 나노로봇 시리즈는 생물학적 [87]세포와 상호작용하는 데 사용될 수 있다.과학자들은 이 기술이 [88]암 치료에 사용될 수 있다고 제안한다.

문화 레퍼런스

나나이트들은 TV 프로그램인 미스터리 과학 극장 3000에 나오는 캐릭터들이다.자기복제적이고 생체공학적으로 만들어진 유기체로 함정에서 작업하고 SOL의 컴퓨터 시스템에 상주합니다.그들은 시즌 8에서 첫 출연을 했다.나나이트는 넷플릭스 시리즈 "트래블러"의 여러 에피소드에 사용된다.그들은 프로그램을 짜서 부상을 입은 사람들에게 수리를 하도록 주입된다.시즌 1 첫 등장

나노이트는 자체 복제 나노기술인 SIVA를 무기로 한 2016년 데스티니용 'Rise of Iron'에도 등장한다.

코나미의 메탈 기어 시리즈에서는, 능력과 몸의 기능을 향상시켜 조절하기 위해서, 나노 머신(나노 머신)이라고 불리는 것이 자주 사용되고 있습니다.

스타트렉 프랜차이즈 TV 쇼에서 나노이트는 중요한 줄거리 장치를 연기한다.The Next Generation 3시즌 'Evolution'을 시작으로 Borg 나노프로브는 Borg의 사이버네틱 시스템을 유지 보수하고 Borg의 유기 부품 손상을 수리하는 기능을 수행합니다.그들은 필요할 때 보그 안에서 새로운 기술을 만들어 낼 뿐만 아니라 다양한 형태의 질병으로부터 그들을 보호해준다.

나노이트는 비디오 게임 Deus Ex에서 초인적인 능력을 증강하는 나노 증강 기술의 기초가 되는 역할을 한다.

나노이트는 닐 슈스터만의 Scythe Arc 시리즈에서도 언급되며 치명적이지 않은 모든 상처를 치유하고 신체 기능을 조절하며 통증을 상당히 줄이는 데 사용됩니다.

나노이트는 또한 회색 구 시나리오가 묘사되는 스타게이트 SG1과 스타게이트 아틀란티스의 필수적인 부분이다.

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레퍼런스

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  14. ^ '책임 있는 나노기술 개발을 위한 전망 가이드라인' 2019-06-06 웨이백머신에 보관된 '자율적인 자기복제 조립체'는 큰 제조능력을 달성하기 위해 필요하지 않다. '생산성 나노시스템에 대한 가장 단순하고 효율적이며 안전한 접근은 전문화된 나노스케일 도구를 만들어 투입하는 것이다.필요한 것을 만들 수 있을 만큼 큰 공장에서 일합니다. ...이 기계들은 공장에서 컨베이어 벨트나 조립 로봇처럼 비슷한 일을 합니다.이 기계들 중 하나를 시스템에서 빼내면 아무런 위험도 없고 소켓에서 꺼낸 전구처럼 비활성 상태가 될 수 있습니다.
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