خط مهندسی
مجله ی آنلاین مهندسی

نانو ربات، رباتی کوچک با کارایی بزرگ

0 264
نویسندگان رمان‌‌ها و فیلم‌های علمی تخیلی، دستگاه‌ها و تجهیزات نظامی عجیب و غریبی را در سر می‌پرورانند که برخی از آنان به معنای واقعی کلمه مسخره بودند، اما برخی که  تا حدی فراواقعی به نظر می‌رسیدند، امروزه با رشد سریع تکنولوژی به حقیقت می‌پیوندند. یک نمونه از این دستگاه‌های عجیب و غریب نانو ربات‌ها هستند.

نانو ربات چیست ؟

نانو ربات‌ها ماشین‌های کوچکی هستند که برای انجام عملیاتی خاص و بعضا تکرارشونده با دقت بسیار بالا طراحی شده‌اند. با استفاده از دانش نانو تکنولوژی می‌توان نانو ربات‌هایی طراحی کرد که در بدن انسان قرار می‌گیرند و نقش محافظ و درمانگر را ایفا می کنند. این ریز ماشین‌های هوشمند قادرند چندین نسخه از خودشان تهیه کنند و جایگزین بافت‌های فرسوده یا آسیب دیده کنند. این فرایند را خود تکثیری می‌نامند.

خواندن مقاله “رباتیک علمی با هدف راحتی انسان” را به شما توصیه می‌کنیم.

نانو ربات‌ها دارای امکانات بالقوه ای هستند که با اجتماع و قرارگیری به صورت کلونی قادرند به طور موشکافانه و دقیق از سیستم حفاظت کنند. در واقع با ساختاری اتمی یا مولکولی در یک فرایند قرار داده می‌شوند تا چرخه ای را کامل کنند.

نانو ربات-کلونی

از دهه ۸۰ میلادی تا کنون کوچک سازی (مینیاتورسازی) از اهم فعالیت‌ها در زمینه علوم کامپیوتری بوده است.

تکنولوژی نانو رباتیک آنقدر سریع در حال پیشرفت است که به یقین زندگی انسان از اواسط قرن جاری به کلی متحول خواهد شد. این تغییرات شامل از بین رفتن بسیاری از بیماری‌ها، کاهش عوامل و عوارض بسیاری از امراض و حتی جراحی‌ها است. یکی از مهمترین برنامه‌های گسترش علوم رباتیک و نانو رباتیک در جهان، بیشتر کردن عمر بشر و مبارزه با پیری و عـواقب آن است.

نانو ربات-پزشکی-زیستی

نانو ربات‌ها نه تنها قادر به تشخیص محل دقیق سرطان خواهند بود بلکه داروی مناسب برای از بین بردن سلول‌های سرطانی را تزریق می‌کنند.

یکی از شاخه هایی که رشد تکنولوژی در آن بسیار چشمگیر است، دانش پزشکی است. امروزه تحقیقات وسیعی در زمینه درمان بیماری‌هایی چون دیابت، بیماری های قلبی، سرطانی و ایدز در حال انجام است و با ساخت ابزار و وسایل پزشکی در آینده روند پیر شدن کند می شود و مبـارزه بـا بیمـاری‌هـا آسـان تـر و مطمئـن‌تـر خـواهـد شـد. برای مثال” در زمینه کالبدشناسی از نانو ربات‌ها به منظور تعیین محل دقیق آسیب استفاده خواهد‌شد.”

در آینده نانو ربات‌های هوشمند در مغز و بدن هر انسانی به تعداد زیاد وجود خواهند داشت و انسان را از ابتلا به انواع بیماری‌ها مصون می‌دارند.

برای طراحی یک نانو ربات، دانشمندان از مدل های طبیعی مثل ساختار رشته‌های DNA بهره می‌گیرند. با بهره گیری از دانش نانو تکنولوژی دانشمندان قادر به ساخت حسگرهای زیستی در ابعاد یک میلیاردم متر هستند.

اصول کار نانو ربات‌هایی که در داخل بدن کار گذاشته می شوند، شبیه سازی محیط در فضایی سه بعدی و تجزیه و تحلیل اطلاعات در آن‌ها بر مبنای روش‌های عددی است. به دلیل نوع کار این نانو ربات‌ها در بدن یا در استفاده نظامی، تجهیزات و یا سخت افزار این ماشین‌های مولکولی بسیار پیشرفته و ابتکاری است.


انواع نانو ربات‌ها

نانو ربات ها بر اساس نوع کارکرد به دو مورد زیر تقسیم بندی می‌شوند.

  • پرنده
  • خزنده
که این دو نوع نانو ربات علاوه بر پزشکی در مصارف نظامی هم کاربرد دارند.

نمونه نانو ربات ساخته شده 

هم اکنون نانو روبات‌هایی که در مراکز تحقیقاتی ساخته می‌شود به اندازه ای کوچک هستند که هنگام عطسه همراه با گرد و غبار به بیرون پرتاب می‌شوند. یکی از اولین ریز روبات‌هایی که برای کمک به علم پزشکی ساخته شد “سلئو” نام داشت. این نانو روبات برای جاسازی در داخل روده انسان طراحی شده بود. سلئو مجهز به یک چنگال و چند حسگر بود.

حسگرها بدین منظور تعبیه شده بودند تا مانع برخورد با موانع شوند، وظیفه چنگال نیز برداشتن نمونه از سطح روده بود. این ریزماشین می‌توانست یا خود حرکت کند یا توسط پزشک یا مهندس پزشک با یک کنترل دستی به حرکت درآید.


منابع انرژی نانو ربات‌ها 

 تامین انرژی از محیطی که نانو ربات در آن مشغول به کار است، موثر‌ترین روش برای آن‌ها است به این‌ دلیل که مدام در حال حرکت و فعالیت می‌باشند. (در هر محیطی نه صرفا محیط بیولوژیک)

  • انرژی جنبشی سیال
  • اشعه‌های الکترومغناطیس
  • تغییرات دما
  • انرژی تولید شده از ارتعاش (محیط‌های مختلف به خصوص محیط بیولوژیکی)


کاربرد نانو ربات‌ها

 

سلاح‌های جنگی آینده، نانوربات‌ها هستند و استفاده از آن‌ها به این صورت خواهد بود که به صورت گروهی وارد بدن فرد خاصی شده و با آزادسازی سم و یا برش قسمت های حساس بدن، او را از پای درخواهند آورد. همچنین از این نانوربات‌ها می توان برای جاسوسی در جنگ استفاده نمود. آن‌ها می‌توانند به پایگاه دشمن رفته و اطلاعات نظامیشان را فاش کنند.

نانو ربات-ربات-جنگی

پزشکان و داروسازان همواره به دنبال راه‌های مناسبی برای شناسایی و درمان بیماری‌ها بوده‌اند.یکی از روش‌های خلاقانه که در چندین قرن پیش به وجود آمد، عمل جراحی است.عمل جراحی علاوه بر مزایای بی نظیر خود مشکلاتی دارد.

از جمله این که دوره نقاهت بیمار بعد از عمل طولانی است و همچنین عوارض جانبی نیز دارد و در بعضی از موارد نیز ممکن‌است، بیمار طی عمل جراحی جان خود را از دست بدهد. از معایب دیگر آن این است که برای بیماران ضعیف که قوه بدنی ندارند، غیر ممکن است. این در حالی است که در نانوجراحی این مشکلات از بین می‌رود.

با استفاده از نانوجراحی می‌توان سخت ترین اعمال جراحی حاضر مانند مغز و قلب را به صورت سرپایی انجام داد. در این جراحی نانو ربات‌ها وارد بدن شده و عضو بیمار را شناسایی و به صورت گروهی آن را درمان می‌کنند. در این جراحی، پزشک جراح با کمک یک مهندس پزشکی در نقش ناظر، دستورات لازم را به نانو ربات‌ها منتقل می‌کنند و بر کار آن‌ها نظارت دارند.

 

نانو ربات-جراحی نانو

از دیگر کاربردهای نانو ربات‌ها دارورسانی هدفمند است. در حالت معمولی وقتی بدن بیمار دارو را به وسیله تزریق و یا خوردن دریافت می کند، دارو وارد رگ‌های خونی شده و به تمام قسمت های بدن انتقال می‌یابد.از معایب این نوع دارورسانی به وجود آمدن عوارض جانبی و همچنین حداقل تاثیرگذاری بر قسمت بیمار است.

در دارورسانی به وسیله نانو ربات، ربات با استفاده از حسگرهای خود قسمت بیمار را شناسایی می کند و دارو را به آن تزریق می کند. مزیت این نوع دارورسانی این است که دارو فقط به قسمت بیمار بدن می‌رسد و عوارض جانبی نیز از بین می‌رود. به این دلیل دیگر درمان بیماری‌هایی که نیاز به شیمی درمانی دارند، کاری طاقت فرسا نیست و به راحتی انجام می‌شود و اثرات مخرب آن نیز از بین می‌رود.

نانو ربات-نانو دارو

 

از دیگر مزیت های این نوع دارورسانی مصرف کمتر دارو و سرعت بالای آن است. زیرا سرعت دارورسانی با سرعت گردش خون که بسیار بالاست برابر می باشد.

نانو ربات‌ زیستی با داشتن حسگرهای بسیار حساس از تجهیزاتی خواهند بود که امور پزشکی را به تدریج متحول می‌کند. در واقع مدلی از ماشین‌های مولکولی هستند که با روش‌های خاصی، ارتباطات و اتصالات بین سلول‌های بیولوژیکی را کنترل کرده و بهبود می‌بخشد، به عبارتی روی نحوه عملکرد سلول‌ها نظارت کرده و کنترل صحیح آن‌ها را به عهده می‌گیرد. روش کار این مدل‌های مولکولی بر اساس شبیه سازی در محیط سه بعدی است.

نانو ربات-پزشکی-زیستی

در ســاخــت نانو ربات زیـسـتــی تـنـهــا روش‌هــای مـیـکــروالـکـتــرونیکـی کـاربـرد دارد. نانو ربات‌های زیستی دارای سنسورهایی در ابعاد بسیار کوچک هستند و در عین حال به گونه‌ای طراحی شده‌اند که با شرایط زیستی بدن انسان سازگارند.

 

در شرایطی استفاده از نانو ربات‌های زیستی ضروری به نظر می‌رسد که امکان دسترسی به عضو موردنظر دشوار بوده یا امکان پذیر نباشد یا حتی در مواردی که عواقب دردناک و دشواری توسط پزشک پیش بینی شود.


 

مزیت ‌های نانو ربات

به طور کلی در ساخت نانو ربات دو مسئله مهم وجود دارد. اول شبیه سازی و طراحی بر اساس ربات‌های ماکرو که شامل نیروی محرکه، برقراری ارتباط و جهت یابی است و دوم مونتاژ قطعات نانو ربات. تحقیقات در زمینه نانو رباتیک جنبه تئوری داشته و تاکنون نانو ربات مصنوعی غیر بیولوژیک ساخته نشده‌است.
هر آنچه تا به اینجا گفته شد خود از مزیت‌های نانو ربات‌ها است اما از نظر تئوری مزیت‌هایی مورد توجه واقع شده‌اند که عبارتند از :
  • دوام فوق العاده بالا (مهمترین مزیت نانو روبات) 

تحقیقات نشان داده‌اند که بنا به نیاز و نحوه طراحی نانو روبات‌ها، می‌توان آن‌ها را در طول سالیان متمادی و حتی یک قرن بدون اینکه ذره‌ای از عملکرد آن‌ها مختل شود، مورد استفاده قرار داد.

  • هوش مصنوعی پیشرفته

آن‌ها از هوش مصنوعی در سطحی پیشرفته برخوردارند تا بهترین گزینه را در جهت تشخیص بیماری انتخاب نمایند.

  • ابعاد بسیار کوچک

احتمال می‌رود که نانو ربات‌ها به دلیل اندازه کوچک، از سوی بدن به عنوان عوامل بیماری‌زا شناسایی نشوند.

  •  زمان عملکرد بسیارکم

زیرا جابجایی آن‌ها محدود بوده و اتفاقات بیولوژیک با همان سرعت در زمان کمتر رخ می‌دهند.

  • تشخیص دقیق

آن‌ها قادر به تشخیص محل دقیق سرطان خواهند بود. مزیت این روش این است که در روش‌های پیشین سلول‌های زنده هم از بین می‌رفتند ولی در این روش فقط سلول آسیب دیده نابود می‌شود.

  • ترمیم و اصلاح

ترمیم بافت‌های آسیب دیده، رفع لخته و بازکردن رگ‌های مسدود قلب و ساخت یک عضو مصنوعی به جای ارگان آسیب دیده در بدن.

  • استفاده در محل‌های حساس و کمتر در دسترس

به دلیل قابلیت خاص نانو ربات ها می‌توان از آن‌ها در مکان‌هایی که امکان دسترسی به عضو موردنظر دشوار بوده یا امکانپذیر نباشد یا حتی در مواردی که عواقب دردناک و دشواری توسط پزشک پیش بینی می شود، استفاده کرد.

نانو ربات-اجزا

 

معایب نانو ربات

  • ساخت بسیار دقیق

نانو ربات باید بسیار دقیق باشد، در غیر این صورت ممکن است اثرات مضری رخ دهد.

  • هزینه بالا

هزینه طراحی اولیه بسیار بالا می‌باشد.

  • طراحی پیچیده

طراحی نانو ربات بسیار پیچیده است.


اگر تا این‌جا با خط مهندسی همراه بوده‌اید حتما متوجه شده‌اید که در آینده، دنیای پزشکی بهره زیادی از روبات‌ها به‌خصوص نانو ربات‌ها خواهد برد و نانو ربات‌ها در سلامت انسان‌ها نقش بسیاری دارند. «ری کرزوایل» آینده پژوه آمریکایی، مدیر فنی گوگل، مخترع و نویسنده در مورد نانو ربات‌ها اظهار نظر‌های جالبی دارد.

ری کرزوایل در یکی از نوشته‌های خود با صراحت اظهار امیدواری کرده است تا سال ۲۰۲۹ انسان با توجه به روند ساخت و کاربردهای هوش مصنوعی می‌تواند رباتی را بسازد که در هوش و تصمیم گیری با انسان برابر باشد.

 

کرزوایل معتقد است:

 

در سال ۲۰۳۰ انسان خواهد توانست نانو ربات یا ربات‌های بسیار کوچک را جهت افزایش شعور به مغز خود بفرستد.

نانو ربات-ری-کرزوایل

کرزوایل در کنگره آمریکا اعلام کرد که دانشمندان توانسته‌اند با انتقال ۷ نانو ربات به بدن موش آزمایشگاهی دیابت او را علاج کرده و انسولین را از منفذهای پوست خارج کنند.

آخرین کتاب کرزوایل “شگفتی در راه است، برتری انسان بر بیولوژی” نیز بر اساس پیش بینی‌های علمی او نوشته شده است. او در این کتاب می‌نویسد در ۲۵ سال آینده نانو ربات‌ها در خون جاری می‌شوند و هر نوع بیماری را با نابود کردن عوامل بیماری‌زا از بین می‌برند.

جمع‌آوری و نگارش: خط مهندسی
منبع: خط مهندسی