นาโนโรบอทจะทำงานอย่างไร

ลองนึกภาพไปหาหมอเพื่อรักษาไข้ที่คงอยู่ แทนที่จะให้ยาเม็ดหรือฉีดยาแก่คุณ แพทย์จะแนะนำให้คุณรู้จักกับทีมแพทย์พิเศษที่จะฝังหุ่นยนต์ ขนาดเล็ก เข้าไปในกระแสเลือดของ คุณ หุ่นยนต์จะตรวจหาสาเหตุของไข้ของคุณ เดินทางไปยังระบบที่เหมาะสม และจ่ายยาตรงไปยังบริเวณที่ติดเชื้อ

แกลเลอรี่ภาพหุ่นยนต์

หุ่นยนต์ในภาพประกอบนี้แหวกว่ายผ่านหลอดเลือดแดงและเส้นเลือดโดยใช้ส่วนต่อท้ายคู่ ดูภาพหุ่นยนต์เพิ่มเติม

น่าแปลกที่เราอยู่ไม่ไกลจากการได้เห็นอุปกรณ์แบบนี้ใช้จริงในหัตถการทางการแพทย์ พวกเขาเรียกว่านาโนโรบอทและทีมวิศวกรรมทั่วโลกกำลังทำงานเพื่อออกแบบหุ่นยนต์ที่จะนำไปใช้ในการบำบัดทุกอย่างตั้งแต่โรคฮีโมฟีเลียไปจนถึงมะเร็ง ใน ที่สุด

ใหญ่กว่าไม่ดีกว่าเสมอไป ในปี 1959 Richard Feynman วิศวกรของ CalTech ได้ออกความท้าทายให้กับวิศวกรในทุกที่ เขาต้องการให้ใครสักคนสร้าง มอเตอร์ที่ใช้งานได้ซึ่งสามารถใส่ได้ภายในลูกบาศก์ขนาด 1/64 นิ้วในแต่ละด้าน ความหวังของเขาคือการออกแบบและสร้างมอเตอร์ดังกล่าว วิศวกรจะพัฒนาวิธีการผลิตใหม่ที่สามารถนำมาใช้ในด้านนาโนเทคโนโลยีที่เกิดขึ้นใหม่ได้ ในปีพ.ศ. 2503 Bill McLellan ได้รับรางวัลนี้โดยได้สร้างมอเตอร์ที่ใช้งานได้ตามข้อกำหนดที่เหมาะสม Feynman ได้รับรางวัลนี้แม้ว่า McLellan จะสร้างมอเตอร์ด้วยมือโดยไม่ต้องคิดค้นวิธีการผลิตใหม่

อย่างที่คุณจินตนาการได้ ความท้าทายที่วิศวกรเผชิญอยู่นั้นน่ากลัวมาก หุ่นยนต์นาโนที่ทำงานได้จะต้องมีขนาดเล็กและว่องไวพอที่จะนำทางผ่านระบบไหลเวียนโลหิตของมนุษย์ ซึ่งเป็นเครือข่ายของเส้นเลือดและหลอดเลือดที่ซับซ้อนอย่างไม่น่าเชื่อ หุ่นยนต์ต้องมีความสามารถในการพกพายาหรือเครื่องมือขนาดเล็ก สมมติว่านาโนโรบ็อตไม่ได้ตั้งใจให้อยู่ในผู้ป่วยตลอดไป มันจะต้องสามารถหาทางออกจากโฮสต์ได้

คลังวิดีโอ: Robots & Rovers วิดีโอการทำงานของ Spirit Exploration Rover เพลย์ลิสต์วิดีโอหุ่นยนต์ เพลย์ลิสต์วิดีโอหุ่นยนต์

ในบทความนี้ เราจะเรียนรู้เกี่ยวกับการใช้งานที่เป็นไปได้ของ nanorobots วิธีต่างๆ ที่ nanorobots จะนำทางและเคลื่อนที่ผ่านร่างกายของเรา เครื่องมือที่พวกเขาจะใช้ในการรักษาผู้ป่วย ทีมความคืบหน้าทั่วโลกได้ทำมาแล้ว และสิ่งที่นักทฤษฎีเห็น ในอนาคต.

ในหัวข้อถัดไป เราจะมาเรียนรู้เกี่ยวกับสภาวะและโรคที่นาโนบ็อตจะรักษาในอนาคต

สารบัญ

1. รับบอทสองตัวแล้วโทรหาฉันในตอนเช้า
2. นาโนหุ่นยนต์นำทาง
3. ขับเคลื่อน Nanorobot
4. หุ่นยนต์นาโนโรบอท
5. เครื่องมือจิ๋วจิ๋ว
6. หุ่นยนต์นาโน: วันนี้และพรุ่งนี้

เมื่อเข้าใจอย่างถูกต้องแล้ว นาโนโรบอทจะสามารถรักษาโรคและเงื่อนไขต่างๆ ได้ แม้ว่าขนาดของพวกเขาหมายความว่าพวกเขาสามารถบรรทุกยาหรืออุปกรณ์ได้เพียงเล็กน้อยเท่านั้น แต่แพทย์และวิศวกรหลายคนเชื่อว่าการใช้เครื่องมือเหล่านี้อย่างแม่นยำจะมีประสิทธิภาพมากกว่าวิธีการแบบเดิม ๆ ตัวอย่างเช่น แพทย์อาจส่งยาปฏิชีวนะที่มีประสิทธิภาพแก่ผู้ป่วยผ่านทางกระบอกฉีดยาเพื่อช่วยระบบภูมิคุ้มกัน ของ เขา ยาปฏิชีวนะจะเจือจางขณะเดินทางผ่านกระแสเลือด ของผู้ป่วยทำให้มีเพียงบางส่วนเท่านั้นที่ทำให้ติดเชื้อได้ อย่างไรก็ตาม หุ่นยนต์นาโน หรือทีมหุ่นยนต์นาโน สามารถเดินทางไปยังจุดที่ติดเชื้อได้โดยตรงและให้ยาในปริมาณเล็กน้อย ผู้ป่วยอาจได้รับผลข้างเคียงน้อยลงจากยา

วิศวกร นักวิทยาศาสตร์ และแพทย์หลายคนเชื่อว่าการใช้งานนาโนโรบ็อตนั้นแทบไม่จำกัดในทางปฏิบัติ การใช้งานที่น่าจะเป็นไปได้มากที่สุด ได้แก่:

• การรักษาภาวะหลอดเลือดแข็งตัว : ภาวะหลอดเลือดแข็งหมายถึงภาวะที่คราบพลัคสร้างขึ้นตามผนังหลอดเลือดแดง นาโนโรบอทสามารถรักษาสภาพได้โดยการตัดคราบพลัคออก ซึ่งจะเข้าสู่กระแสเลือด

  นาโนโรบ็อตอาจรักษาสภาวะต่างๆ เช่น ภาวะหลอดเลือดแข็งตัวได้โดยการบิ่นคราบพลัคตามผนังหลอดเลือดแดง

• การสลายลิ่มเลือด : ลิ่มเลือดสามารถทำให้เกิดโรคแทรกซ้อนตั้งแต่การตายของกล้ามเนื้อ ไปจนถึงโรคหลอดเลือดสมอง นาโนโรบอทสามารถเดินทางไปจับตัวเป็นก้อนและสลายมันได้ แอปพลิเคชั่นนี้เป็นหนึ่งในการใช้งานที่อันตรายที่สุดสำหรับนาโน โรบอท หุ่นยนต์จะต้องสามารถขจัดสิ่งอุดตันโดยไม่สูญเสียชิ้นส่วนเล็กๆ ในกระแสเลือด ซึ่งสามารถเดินทางไปที่อื่นในร่างกายและก่อให้เกิดปัญหามากขึ้น หุ่นยนต์ยังต้องมีขนาดเล็กพอที่จะไม่ปิดกั้นการไหลเวียนของเลือด
• การต่อสู้กับโรคมะเร็ง : แพทย์หวังว่าจะใช้นาโนโรบอทรักษาผู้ป่วยมะเร็ง หุ่นยนต์สามารถโจมตีเนื้องอกได้โดยตรงโดยใช้เลเซอร์ ไมโครเวฟ หรือสัญญาณอัลตราโซนิก หรืออาจเป็นส่วนหนึ่งของการบำบัดด้วยเคมีบำบัด โดยส่งยาไปยังบริเวณที่เป็นมะเร็งโดยตรง แพทย์เชื่อว่าการให้ยาในปริมาณน้อยแต่แม่นยำแก่ผู้ป่วย ผลข้างเคียงจะลดลงโดยไม่สูญเสียประสิทธิผลของยา
• ช่วยให้ร่างกายจับตัวเป็นก้อน : นาโนโรบ็อตชนิดหนึ่งโดยเฉพาะคือคลอตโตไซต์หรือเกล็ดเลือดเทียม คลอตโตไซต์มีตาข่ายขนาดเล็กที่ละลายเป็นเยื่อเหนียวเมื่อสัมผัสกับพลาสมาในเลือด ตามที่ Robert A. Freitas, Jr. ผู้ออกแบบ clottocyte การแข็งตัวของเลือดอาจเร็วกว่ากลไกการแข็งตัวตามธรรมชาติของร่างกายถึง 1,000 เท่า [แหล่งข่าว: Freitas ] แพทย์สามารถใช้ clottocytes เพื่อรักษาโรคฮีโมฟีเลียหรือผู้ป่วยที่มีแผลเปิดรุนแรงได้
• การ กำจัดปรสิต : นาโนโรบอทสามารถทำสงครามไมโครกับแบคทีเรียและสิ่งมีชีวิตที่เป็นกาฝากขนาดเล็กภายในผู้ป่วยได้ อาจต้องใช้นาโนบอทหลายตัวทำงานร่วมกันเพื่อทำลายปรสิตทั้งหมด
• โรคเกาต์ : โรคเกาต์เป็นภาวะที่ไตสูญเสียความสามารถในการกำจัดของเสียจากการสลายไขมันออกจากกระแสเลือด ของเสียนี้บางครั้งตกผลึกที่จุดใกล้ข้อต่อเช่นหัวเข่าและข้อเท้า ผู้ที่เป็นโรคเกาต์จะมีอาการปวดอย่างรุนแรงที่ข้อต่อเหล่านี้ หุ่นยนต์นาโนสามารถทำลายโครงสร้างผลึกที่ข้อต่อได้ ช่วยบรรเทาอาการได้ แม้ว่ามันจะไม่สามารถทำให้สภาพกลับคืนมาได้อย่างถาวร
• การทำลายนิ่วในไต : นิ่วในไตสามารถเจ็บปวดอย่างรุนแรง - ยิ่งนิ่วในไตยิ่งใหญ่เท่าไหร่ก็ยิ่งผ่านได้ยากเท่านั้น แพทย์สลายนิ่วในไตขนาดใหญ่โดยใช้ความถี่อัลตราโซนิก แต่ก็ไม่ได้ผลเสมอไป หุ่นยนต์นาโนสามารถทำลายนิ่วในไตโดยใช้เลเซอร์ ขนาด เล็ก

  นาโนโรบอทอาจมีเครื่องกำเนิดสัญญาณอัลตราโซนิกขนาดเล็กเพื่อส่งความถี่ไปยังนิ่วในไตโดยตรง

• การทำความสะอาดบาดแผล : นาโนโรบอทสามารถช่วยขจัดสิ่งสกปรกออกจากบาดแผล ทำให้โอกาสติดเชื้อลดลง จะเป็นประโยชน์อย่างยิ่งในกรณีที่มีบาดแผลจากการเจาะ ซึ่งการรักษาโดยใช้วิธีการทั่วไปอาจทำได้ยาก

ในตอนต่อไป เราจะมาดูกันว่า nanorobots จะนำทางผ่านระบบไหลเวียนเลือดอย่างไร

มีข้อควรพิจารณาหลักสามประการที่นักวิทยาศาสตร์ต้องให้ความสำคัญเมื่อมองไปที่นาโนบอทที่เคลื่อนที่ผ่านร่างกาย ได้แก่การนำทางพลังและวิธีที่นาโนบ็อตเคลื่อนที่ผ่านหลอดเลือด นักนาโนเทคโนโลยีกำลังมองหาทางเลือกที่แตกต่างกันสำหรับการพิจารณาแต่ละข้อ ซึ่งแต่ละข้อมีแง่บวกและแง่ลบ ตัวเลือกส่วนใหญ่สามารถแบ่งออกเป็นสองประเภท: ระบบภายนอกและระบบออนบอร์ด

ระบบนำทางภายนอกอาจใช้วิธีการต่างๆ เพื่อนำร่องนาโนบ็อตไปยังตำแหน่งที่ถูกต้อง หนึ่งในวิธีการเหล่านี้คือการใช้สัญญาณอัลตราโซนิกเพื่อตรวจจับตำแหน่งของนาโนบ็อตและนำทางไปยังปลายทางที่ถูกต้อง แพทย์จะส่งสัญญาณอัลตราโซนิกเข้าสู่ร่างกายของผู้ป่วย สัญญาณจะผ่านร่างกาย สะท้อนกลับไปยังแหล่งที่มาของสัญญาณ หรือทั้งสองอย่าง หุ่นยนต์นาโนสามารถปล่อยคลื่นสัญญาณอัลตราโซนิก ซึ่งแพทย์สามารถตรวจจับได้โดยใช้อุปกรณ์พิเศษที่มีเซ็นเซอร์อัลตราโซนิก แพทย์สามารถติดตามตำแหน่งของนาโนบ็อตและเคลื่อนไปยังส่วนขวาของร่างกายผู้ป่วยได้

เอื้อเฟื้อภาพโดย NASA นักวิทยาศาสตร์บางคนวางแผนที่จะควบคุม และพลังนาโนโรบอท โดยใช้อุปกรณ์ MRI แบบนี้

การใช้อุปกรณ์ถ่ายภาพด้วยคลื่นสนามแม่เหล็ก (MRI)แพทย์สามารถค้นหาและติดตามหุ่นยนต์นาโนโดยการตรวจจับสนามแม่เหล็ก ของมัน แพทย์และวิศวกรที่ Ecole Polytechnique de Montreal ได้สาธิตวิธีที่พวกเขาสามารถตรวจจับ ติดตาม ควบคุม และแม้กระทั่งขับเคลื่อนหุ่นยนต์นาโนโดยใช้ MRI พวกเขาทดสอบสิ่งที่ค้นพบโดยการเคลื่อนอนุภาคแม่เหล็กขนาดเล็กผ่านหลอดเลือดแดงของสุกรโดยใช้ซอฟต์แวร์พิเศษบนเครื่อง MRI เนื่องจากโรงพยาบาลหลายแห่งมีเครื่อง MRI นี่จึงอาจกลายเป็นมาตรฐานอุตสาหกรรม โรงพยาบาลจะไม่ต้องลงทุนในเทคโนโลยีราคาแพงและไม่ได้รับการพิสูจน์

แพทย์อาจติดตามนาโนบอทด้วยการฉีดสารกัมมันตภาพรังสีเข้าไปในกระแสเลือดของผู้ป่วย จากนั้นพวกเขาจะใช้ฟลูออโรสโคปหรืออุปกรณ์ที่คล้ายกันเพื่อตรวจจับสีย้อมกัมมันตภาพรังสีขณะที่มันเคลื่อนที่ผ่านระบบไหลเวียนโลหิต ภาพสามมิติที่ซับซ้อนจะระบุตำแหน่งของหุ่นยนต์นาโน อีกทางหนึ่ง หุ่นยนต์นาโนสามารถปล่อยสีย้อมกัมมันตภาพรังสี ทำให้เกิดเส้นทางเบื้องหลังขณะที่มันเคลื่อนผ่านร่างกาย

วิธีการอื่นๆ ในการตรวจจับนาโนหุ่นยนต์ ได้แก่ การใช้รังสีเอกซ์คลื่นวิทยุ ไมโครเวฟ หรือความร้อน ขณะนี้ เทคโนโลยีของเราที่ใช้วิธีการเหล่านี้กับวัตถุขนาดนาโนยังมีอยู่อย่างจำกัด ดังนั้นจึงมีความเป็นไปได้สูงที่ระบบในอนาคตจะพึ่งพาวิธีการอื่นๆ มากขึ้น

ระบบออนบอร์ดหรือเซ็นเซอร์ภายในอาจมีบทบาทอย่างมากในการนำทาง หุ่นยนต์นาโนที่มีเซ็นเซอร์ตรวจจับสารเคมีสามารถตรวจจับและติดตามสารเคมีเฉพาะเพื่อไปยังตำแหน่งที่ถูกต้อง เซ็นเซอร์แบบสเปกโตรสโกปีจะช่วยให้นาโนหุ่นยนต์เก็บตัวอย่างเนื้อเยื่อรอบข้าง วิเคราะห์ และปฏิบัติตามแนวทางของการผสมผสานสารเคมีที่เหมาะสม

ยากที่จะจินตนาการ หุ่นยนต์นาโนอาจมีกล้องโทรทัศน์ ขนาด เล็ก ผู้ควบคุมเครื่องที่คอนโซลจะสามารถควบคุมอุปกรณ์ได้ในขณะรับชมวิดีโอฟีดแบบสด โดยนำทางไปยังส่วนต่างๆ ของร่างกายด้วยตนเอง ระบบกล้องค่อนข้างซับซ้อน ดังนั้นอาจต้องใช้เวลาสองสามปีก่อนที่นักนาโนเทคโนโลยีจะสร้างระบบที่เชื่อถือได้ซึ่งใส่เข้าไปในหุ่นยนต์ตัว เล็ก ได้

ในหัวข้อถัดไป เราจะมาดูระบบไฟฟ้าของนาโนโรบ็อตกัน

เช่นเดียวกับระบบนำทาง นักนาโนเทคโนโลยีกำลังพิจารณาแหล่งพลังงานทั้งภายนอกและภายใน การออกแบบบางอย่างอาศัยหุ่นยนต์นาโนที่ใช้ร่างกายของผู้ป่วยเป็นวิธีการสร้างพลังงาน การออกแบบอื่น ๆ รวมถึงแหล่งพลังงานขนาดเล็กบน ตัว หุ่นยนต์เอง สุดท้าย บางการออกแบบใช้แรงภายนอกร่างกายของผู้ป่วยเพื่อขับเคลื่อนหุ่นยนต์

นาโนโรบอทสามารถรับพลังจากกระแสเลือดได้โดยตรง หุ่นยนต์นาโนที่มีอิเล็กโทรดติดอยู่สามารถสร้างแบตเตอรี่โดยใช้อิเล็กโทรไลต์ที่พบในเลือด อีกทางเลือกหนึ่งคือการสร้างปฏิกิริยาเคมีกับเลือดเพื่อเผาผลาญให้เป็นพลังงาน หุ่นยนต์นาโนจะเก็บสารเคมีจำนวนเล็กน้อยไว้ซึ่งจะกลายเป็นแหล่งเชื้อเพลิงเมื่อรวมกับเลือด

หุ่นยนต์นาโนสามารถใช้ความร้อนจากร่างกายของผู้ป่วยเพื่อสร้างพลังงานได้ แต่ต้องมีการไล่ระดับอุณหภูมิเพื่อจัดการ การผลิตไฟฟ้าจะเป็นผลมาจากผล กระทบ ของSeebeck ผลกระทบของ Seebeck เกิดขึ้นเมื่อตัวนำสองตัวที่ทำจากโลหะต่างกันมารวมกันที่จุดสองจุดที่เก็บไว้ที่อุณหภูมิต่างกันสองจุด ตัวนำโลหะจะกลายเป็นเทอร์โมคัปเปิล ซึ่งหมายความว่าจะสร้างแรงดันไฟฟ้าเมื่อจุดต่ออยู่ที่อุณหภูมิต่างกัน เนื่องจากเป็นการยากที่จะพึ่งพาการไล่ระดับอุณหภูมิภายในร่างกาย จึงไม่น่าเป็นไปได้ที่เราจะเห็นว่าหุ่นยนต์นาโนจำนวนมากใช้ความร้อนจากร่างกายเป็นพลังงาน

แม้ว่าอาจเป็นไปได้ที่จะสร้างแบตเตอรี่ที่มีขนาดเล็กพอที่จะใส่เข้าไปในหุ่นยนต์นาโน แต่โดยทั่วไปแล้วแบตเตอรี่เหล่านี้ไม่ได้ถูกมองว่าเป็นแหล่งพลังงานที่ใช้งานได้ ปัญหาคือแบตเตอรี่จ่ายพลังงานในปริมาณที่ค่อนข้างน้อยซึ่งสัมพันธ์กับขนาดและน้ำหนักของแบตเตอรี่ ดังนั้นแบตเตอรี่ขนาดเล็กมากจะให้พลังงานเพียงเศษเสี้ยวของพลังงานที่หุ่นยนต์นาโนต้องการ ตัวเลือกที่น่าจะเป็นไปได้มากกว่าคือตัวเก็บประจุซึ่งมีอัตราส่วนกำลังต่อน้ำหนักที่ดีขึ้นเล็กน้อย

© ช่างภาพ: Newstocker I หน่วยงาน: Dreamstime.com วิศวกรกำลังทำงานเพื่อสร้างตัวเก็บประจุขนาดเล็กลงซึ่งจะให้พลังงานแก่เทคโนโลยี เช่น หุ่นยนต์นาโน

ความเป็นไปได้อีกประการสำหรับพลังงานนาโนหุ่นยนต์คือการใช้ แหล่งพลังงานนิวเคลียร์ ความคิดเกี่ยวกับหุ่นยนต์ตัวเล็ก ๆ ที่ขับเคลื่อนด้วยพลังงานนิวเคลียร์ทำให้บางคนมีความตั้งใจ แต่โปรดจำไว้ว่าปริมาณของวัสดุมีขนาดเล็กและตามที่ผู้เชี่ยวชาญบางคนง่ายต่อการป้องกัน [แหล่งที่มา: Rubinstein ] กระนั้น ความคิดเห็นของประชาชนเกี่ยวกับพลังงานนิวเคลียร์ทำให้ความเป็นไปได้นี้ไม่น่าเป็นไปได้อย่างดีที่สุด

แหล่งพลังงานภายนอกรวมถึงระบบที่นาโนบ็อตเชื่อมต่อกับโลกภายนอกหรือถูกควบคุมโดยไม่มีการโยงทางกายภาพ ระบบที่เชื่อมต่อจะต้องใช้ลวดเชื่อมระหว่างนาโนหุ่นยนต์กับแหล่งพลังงาน ลวดจะต้องแข็งแรง แต่ก็จำเป็นต้องเคลื่อนผ่านร่างกายมนุษย์ได้อย่างง่ายดายโดยไม่ก่อให้เกิดความเสียหาย เชือกโยงทางกายภาพสามารถจ่ายพลังงานด้วยไฟฟ้าหรือทางแสง ระบบออปติกใช้แสงผ่านใยแก้วนำแสงซึ่งจะต้องถูกแปลงเป็นไฟฟ้าบนหุ่นยนต์

เอฟเฟกต์เพียโซอิเล็กทริก คริสตัลบางชนิดจะมีประจุไฟฟ้าหากคุณใช้แรงกับพวกมัน ในทางกลับกัน หากคุณใช้ประจุไฟฟ้ากับคริสตัลเหล่านี้ ผลึกจะสั่นสะเทือนส่งผลให้ส่งสัญญาณอัลตราโซนิกออกไป ควอตซ์น่าจะเป็นคริสตัลที่คุ้นเคยที่สุดที่มีเอฟเฟกต์เพียโซอิเล็กทริก

ระบบภายนอกที่ไม่ใช้สายโยงสามารถใช้ไมโครเวฟ สัญญาณอัลตราโซนิก หรือสนามแม่เหล็กได้ ไมโครเวฟมีแนวโน้มน้อยที่สุด เนื่องจากการฉายรังสีไปยังผู้ป่วยจะส่งผลให้เนื้อเยื่อเสียหาย เนื่องจากร่างกายของผู้ป่วยจะดูดซับไมโครเวฟส่วนใหญ่และทำให้ร้อนขึ้น หุ่นยนต์นาโนที่มีเมมเบรนแบบเพียโซอิเล็กทริกสามารถรับสัญญาณอัลตราโซนิกและแปลงเป็นไฟฟ้าได้ ระบบที่ใช้สนามแม่เหล็ก เช่นเดียวกับที่แพทย์ทำการทดลองในมอนทรีออล สามารถจัดการหุ่นยนต์นาโนได้โดยตรงหรือเหนี่ยวนำกระแสไฟฟ้าในวงจรนำไฟฟ้าแบบปิดในหุ่นยนต์

ในหัวข้อถัดไป เราจะมาดูระบบขับเคลื่อนของนาโนโรบ็อตกัน

สมมติว่านาโนโรบ็อตไม่ได้ถูกล่ามไว้หรือออกแบบมาให้ลอยอย่างเฉยเมยผ่านกระแสเลือดมันจะต้องมีกลไกขับเคลื่อนเพื่อเคลื่อนที่ไปทั่วร่างกาย เนื่องจากอาจต้องเดินสวนทางกับกระแสเลือด ระบบขับเคลื่อนจึงต้องค่อนข้างแข็งแรงตามขนาดของมัน การพิจารณาที่สำคัญอีกประการหนึ่งคือความปลอดภัยของผู้ป่วย -- ระบบจะต้องสามารถเคลื่อนย้ายนาโนบ็อตไปรอบๆ ได้โดยไม่ก่อให้เกิดความเสียหายต่อโฮสต์

นักวิทยาศาสตร์บางคนกำลังมองหาแรงบันดาลใจในโลกของสิ่งมีชีวิตขนาดเล็ก Paramecium เคลื่อนที่ผ่านสภาพแวดล้อมโดยใช้แขนขาเล็กๆ คล้ายหางที่เรียกว่าcilia พารามีเซียมสามารถว่ายน้ำได้ทุกทิศทางโดยการสั่นของตา คล้ายกับ cilia คือflagellaซึ่งเป็นโครงสร้างหางที่ยาวกว่า สิ่งมีชีวิตชักแฟลกเจลลาไปรอบๆ ด้วยวิธีต่างๆ เพื่อเคลื่อนที่ไปมา

บางครั้งนักออกแบบ Nanorobot มองไปที่สิ่งมีชีวิตขนาดเล็กเพื่อหาแรงบันดาลใจในการขับเคลื่อน เช่น แฟลเจลลัมบนเซลล์อีโคไลนี้

นักวิทยาศาสตร์ใน อิสราเอลได้สร้าง microrobotซึ่งเป็นหุ่นยนต์ที่มีความยาวเพียงไม่กี่มิลลิเมตร ซึ่งใช้อวัยวะขนาดเล็กในการจับและคลานผ่านหลอดเลือด นักวิทยาศาสตร์ควบคุมแขนโดยการสร้าง สนามแม่เหล็กนอกร่างกายของผู้ป่วย สนามแม่เหล็กทำให้ แขน ของหุ่นยนต์สั่น ดันไปในเส้นเลือดต่อไป นักวิทยาศาสตร์ชี้ให้เห็นว่าเนื่องจากพลังงานทั้งหมดของหุ่นยนต์นาโนมาจากแหล่งภายนอก จึงไม่จำเป็นต้องมีแหล่งพลังงานภายใน พวกเขาหวังว่าการออกแบบที่ค่อนข้างเรียบง่ายจะทำให้ง่ายต่อการสร้างหุ่นยนต์ขนาดเล็กลง

อุปกรณ์อื่นๆ ให้เสียงที่แปลกใหม่ยิ่งขึ้น หนึ่งจะใช้ตัวเก็บประจุเพื่อสร้างสนามแม่เหล็กที่จะดึงของเหลวที่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้าผ่านปลายด้านหนึ่งของปั๊มแม่เหล็กไฟฟ้าและยิงออกจากส่วนหลัง หุ่นยนต์นาโนจะเคลื่อนที่ไปมาเหมือนเครื่องบินไอพ่น ปั๊มเจ็ทขนาดเล็กสามารถใช้พลาสมาเลือดเพื่อผลักนาโนบ็อตไปข้างหน้า แม้ว่าจะต้องมีส่วนที่เคลื่อนไหวต่างจากปั๊มแม่เหล็กไฟฟ้า

อีกวิธีหนึ่งที่เป็นไปได้ที่นาโนโรบอทสามารถเคลื่อนที่ไปมาได้คือการใช้เมมเบรนแบบสั่น หุ่นยนต์นาโนสามารถสร้างแรงขับได้เล็กน้อยโดยการขันและคลายความตึงเครียดบนเมมเบรนสลับกัน ในระดับนาโน แรงผลักดันนี้อาจมีความสำคัญมากพอที่จะทำหน้าที่เป็นแหล่งกำเนิดของการเคลื่อนไหว

ในหัวข้อถัดไป เราจะมาดูเครื่องมือที่นาโนโรบ็อตอาจนำไปใช้เพื่อบรรลุภารกิจทางการแพทย์ได้

รูปภาพมารยาท Garrigan.net เครื่องมือ Nanorobot จะต้อง มีขนาดเล็กพอที่จะจัดการ เซลล์เช่นเซลล์เม็ดเลือดแดงเหล่านี้

ไมโครโรบอทในปัจจุบันมีความยาวเพียงไม่กี่มิลลิเมตรและมีเส้นผ่านศูนย์กลางประมาณหนึ่งมิลลิเมตร เมื่อเทียบกับระดับนาโน ถือว่าใหญ่มาก -- นาโนเมตรเป็นเพียงหนึ่งในพันล้านของเมตร ในขณะที่มิลลิเมตรคือหนึ่งในพันของเมตร นาโนโรบอทในอนาคตจะมีขนาดเล็กมาก คุณจะสามารถเห็นได้โดยใช้ กล้องจุลทรรศน์เท่านั้น เครื่องมือ Nanorobot จะต้องมีขนาดเล็กลงอีก ต่อไปนี้คือรายการบางส่วนที่คุณอาจพบในชุดเครื่องมือของ nanorobot:

• ช่องยา -- ส่วนที่เป็นโพรงภายใน nanorobot อาจเก็บยาหรือสารเคมีในปริมาณเล็กน้อย หุ่นยนต์สามารถปล่อยยาตรงบริเวณที่เกิดการบาดเจ็บหรือติดเชื้อได้ นาโนโรบ็อตยังสามารถขนส่งสารเคมีที่ใช้ในเคมีบำบัดเพื่อรักษามะเร็งได้โดยตรงที่ไซต์ แม้ว่าปริมาณยาจะค่อนข้างน้อย แต่การใช้ยาโดยตรงกับเนื้อเยื่อมะเร็งอาจมีประสิทธิภาพมากกว่าเคมีบำบัดแบบเดิม ซึ่งอาศัยระบบไหลเวียนโลหิตของร่างกายในการลำเลียงสารเคมีไปทั่วร่างกายของผู้ป่วย
• โพรบมีดและสิ่ว -- เพื่อขจัดสิ่งอุดตันและคราบจุลินทรีย์ นาโนโรบ็อตจะต้องใช้บางสิ่งในการจับและทำลายวัสดุ พวกเขายังอาจต้องใช้อุปกรณ์ในการบดลิ่มเลือดให้เป็นชิ้นเล็กๆ หากลิ่มเลือดบางส่วนหลุดเป็นอิสระและเข้าสู่กระแสเลือดอาจทำให้เกิดปัญหาเพิ่มเติมในระบบไหลเวียนโลหิต
• ตัวปล่อยคลื่น ไมโครเวฟและเครื่องกำเนิดสัญญาณอัลตราโซนิก -- เพื่อทำลายเซลล์มะเร็งแพทย์ต้องการวิธีการที่จะฆ่าเซลล์โดยไม่ทำให้เซลล์แตก เซลล์มะเร็งที่แตกออกอาจปล่อยสารเคมีที่อาจทำให้มะเร็งแพร่กระจายต่อไปได้ หุ่นยนต์นาโนสามารถทำลายพันธะเคมีในเซลล์มะเร็งได้โดยใช้คลื่นไมโครเวฟหรือสัญญาณอัลตราโซนิกที่ปรับแต่งมาอย่างละเอียด และฆ่ามันโดยไม่ทำลายผนังเซลล์ อีกทางหนึ่ง หุ่นยนต์สามารถปล่อยคลื่นไมโครเวฟหรือสัญญาณอัลตราโซนิกเพื่อให้ความร้อนแก่เซลล์มะเร็งมากพอที่จะทำลายเซลล์มะเร็งได้
• อิเล็กโทรด -- อิเล็กโทรดสองขั้วที่ยื่นออกมาจากนาโนหุ่นยนต์สามารถฆ่าเซลล์มะเร็งโดยการสร้างกระแสไฟฟ้าให้ความร้อนแก่เซลล์จนตาย
• เลเซอร์ -- เลเซอร์ขนาดเล็กและทรงพลังสามารถเผาผลาญสารที่เป็นอันตราย เช่น คราบหินปูนในหลอดเลือด เซลล์มะเร็ง หรือลิ่มเลือด เลเซอร์จะทำให้เนื้อเยื่อกลายเป็นไอ

ความท้าทายและข้อกังวลที่ใหญ่ที่สุดสองข้อที่นักวิทยาศาสตร์มีเกี่ยวกับเครื่องมือขนาดเล็กเหล่านี้ทำให้เครื่องมือเหล่านี้มีประสิทธิภาพและปลอดภัย ตัวอย่างเช่น การสร้างเลเซอร์ขนาดเล็กที่มีพลังมากพอที่จะทำให้เซลล์มะเร็งกลายเป็นไอเป็นความท้าทายที่ยิ่งใหญ่ แต่การออกแบบเพื่อให้หุ่นยนต์นาโนไม่ทำอันตรายรอบ ๆ เนื้อเยื่อที่มีสุขภาพดีทำให้งานยากขึ้น ในขณะที่ทีมวิทยาศาสตร์จำนวนมากได้พัฒนานาโนบอทที่มีขนาดเล็กพอที่จะเข้าสู่กระแสเลือดได้ นั่นเป็นเพียงก้าวแรกในการทำให้นาโนโรบอทเป็นแอปพลิเคชั่นทางการแพทย์อย่างแท้จริง

ในหัวข้อถัดไป เราจะมาเรียนรู้ว่าเทคโนโลยีนาโนโรบ็อตอยู่ที่ไหนในปัจจุบันและอนาคตจะเป็นอย่างไร

ทีมงานทั่วโลกกำลังทำงานเพื่อสร้างนาโนหุ่นยนต์ทางการแพทย์ตัวแรกที่ใช้งานได้จริง หุ่นยนต์ที่มีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางตั้งแต่มิลลิเมตรไปจนถึงสองเซนติเมตรนั้นมีอยู่แล้ว แม้ว่าหุ่นยนต์เหล่านี้ทั้งหมดจะยังอยู่ในขั้นตอนการทดสอบของการพัฒนาและไม่ได้ใช้กับมนุษย์ เราคงเหลือเวลาอีกหลายปีกว่าจะได้เห็นหุ่นยนต์นาโนเข้าสู่ตลาดทางการแพทย์ ไมโครโรบอทในปัจจุบันเป็นเพียงตัวต้นแบบที่ขาดความสามารถในการปฏิบัติงานทางการแพทย์

Yoshikazu Tsuno / AFP / Getty Images แม้ว่าหุ่นยนต์ยาว 2 เซนติเมตรนี้ เป็นผลงานที่น่าประทับใจ หุ่นยนต์ในอนาคตจะมีหลายร้อย ของเวลาที่เล็กกว่า

ในอนาคต หุ่นยนต์นาโนสามารถปฏิวัติการแพทย์ได้ แพทย์สามารถรักษาได้ทุกอย่างตั้งแต่ โรคหัวใจไปจนถึง มะเร็งโดยใช้หุ่นยนต์ขนาดเล็กเท่าแบคทีเรีย ซึ่งมีขนาดเล็กกว่าหุ่นยนต์ในปัจจุบันมาก หุ่นยนต์อาจทำงานคนเดียวหรือทำงานเป็นทีมเพื่อขจัดโรคและรักษาอาการอื่นๆ บางคนเชื่อว่า nanorobots กึ่งอัตโนมัติอยู่ใกล้แค่เอื้อม แพทย์จะปลูกฝังหุ่นยนต์ที่สามารถลาดตระเวนร่างกายของมนุษย์ เพื่อตอบสนองต่อปัญหาใดๆ ที่ปรากฏขึ้น หุ่นยนต์เหล่านี้จะคงอยู่ในร่างกายของผู้ป่วยตลอดไปไม่เหมือนกับการรักษาแบบเฉียบพลัน

การประยุกต์ใช้เทคโนโลยีนาโนโรบ็อตในอนาคตที่เป็นไปได้อีกประการหนึ่งคือการปรับโครงสร้างร่างกายของเราใหม่เพื่อให้ทนทานต่อโรค เพิ่มความแข็งแกร่ง หรือแม้แต่พัฒนาสติปัญญาของเรา ดร.ริชาร์ด ทอมป์สัน อดีตศาสตราจารย์ด้านจริยธรรม ได้เขียนเกี่ยวกับผลกระทบทางจริยธรรมของนาโนเทคโนโลยี เขากล่าวว่าเครื่องมือที่สำคัญที่สุดคือการสื่อสาร และเป็นเครื่องมือสำคัญสำหรับชุมชน องค์กรทางการแพทย์ และรัฐบาลในการพูดคุยเกี่ยวกับนาโนเทคโนโลยีในขณะนี้ ในขณะที่อุตสาหกรรมยังอยู่ในช่วงเริ่มต้น

วันหนึ่งเราจะมีหุ่นยนต์ขนาดเล็กจำนวนหลายพันตัววิ่งไปมาในเส้นเลือดของเรา แก้ไขและรักษาบาดแผล รอยฟกช้ำและความเจ็บป่วยหรือไม่? ด้วยนาโนเทคโนโลยี ดูเหมือนว่าทุกสิ่งเป็นไปได้

หากต้องการเรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับนาโนเทคโนโลยี ให้ทำตามลิงก์ในหน้าถัดไป

บทความที่เกี่ยวข้อง

• อะตอมทำงานอย่างไร
• เลือดทำงานอย่างไร
• มะเร็งทำงานอย่างไร
• นาโนเทคโนโลยีจะทำงานอย่างไร
• คอมพิวเตอร์ควอนตัมจะทำงานอย่างไร
• Robonauts จะทำงานอย่างไร
• หุ่นยนต์ทำงานอย่างไร

ลิงค์ที่ยอดเยี่ยมเพิ่มเติม

• GoRobotics.net
• เทรนด์วิทยาการหุ่นยนต์
• Robots.net
• สถาบันวิทยาการหุ่นยนต์ที่ Carnegie Mellon

แหล่งที่มา

• บาร์เกอร์, เวโรนิค. "การเดินทางที่ยอดเยี่ยม - จากนิยายสู่ความเป็นจริง" นวัตกรรม Canada.ca กรกฎาคม-สิงหาคม 2550 ฉบับที่ 29
• Cavalcanti, Adriano, และคณะ "Nanorobot สำหรับการรักษาผู้ป่วยหลอดเลือดแดงอุดตัน" การดำเนินการของแนวคิดเสมือน พ.ศ. 2549 แคนคูน เม็กซิโก
• คาวาลคานติ, อาเดรียโน. "นาโนโรโบติกส์" นาโนวิทยาศาสตร์วันนี้ 13 กันยายน 2547 http://www.geocities.com/cbicpg/nanoscience/NST2004/nanorobots.htm
• Freitas, Robert A. "Clottocytes: เกล็ดเลือดกลประดิษฐ์" สถาบันเพื่อการผลิตระดับโมเลกุล. http://www.imm.org/publicatoins/reports/rep018/
• กริมล์, กาย. "นักวิทยาศาสตร์ชาวอิสราเอลเปิดตัวหุ่นยนต์จิ๋วที่สามารถเดินทางผ่านกระแสเลือดได้" ฮาเร็ตซ์.คอม 17 กรกฎาคม 2550 http://wwwhaaretz.com/hasen/spages/875277.html
• ไฮเปอร์ฟิสิกส์ http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/hframe.html
• ความรู้เบื้องต้นเกี่ยวกับเทอร์โมอิเล็กทริก http://www.thermoelectrics.com/introduction.htm
• "นักวิทยาศาสตร์ชาวอิสราเอลคิดค้นหุ่นยนต์ที่เล็กที่สุดเพื่อส่งยาผ่านหลอดเลือด" จีน วิว. 27 มิถุนายน 2550 http://news.xinhuanet.com/english/2007-06/27/content_6300084.htm
• ไนท์, วิลล์. "ยาส่งโดยหุ่นยนต์ในเลือด" NewScientist.com. ตุลาคม 2547 www.newscientist.com/article/dn6474.html
• Mavroidis, คอนสแตนติโนส, Ph.D. "เครื่องไบโอนาโนสำหรับการใช้งานอวกาศ" ภาควิชาวิศวกรรมเครื่องกลและวิศวกรรมอุตสาหการ มหาวิทยาลัยภาคตะวันออกเฉียงเหนือ เมืองบอสตัน รัฐแมสซาชูเซตส์ กันยายน 2547 http://www.niac.usra.edu/files/library/meetings/annual/oct04/
  914Mavroidis.pdf
• รูบินสไตน์, เลสลี่. "NanoRobot ที่ใช้งานได้จริงสำหรับการรักษาปัญหาทางการแพทย์ต่างๆ" สถาบันอนาคตนาโนเทค. http://www.foresight.org/conference/MNT8/Papers/Rubinstein/index.html
• "นักวิจัยด้านเทคโนโลยีพบวิธีเคลื่อนย้ายหุ่นยนต์ว่ายน้ำผ่านร่างกายมนุษย์" ข่าวประชาสัมพันธ์มหาวิทยาลัยเทคเนี่ยน. 29 ตุลาคม 2549 http://pard.technion.ac.il/archives/presseng/Html/PR_
  swimmersENG_29_10.Html
• Thompson, Richard E., MD "นาโนเทคโนโลยี: นิยายวิทยาศาสตร์หรือความท้าทายต่อไปสำหรับคณะกรรมการจริยธรรม" คุณหมอผู้บริหาร. พฤษภาคม/มิถุนายน 2550