Nanorobotik (eBook)

Fortschritte in der Miniaturrobotik für Feinmechanik und medizinische Anwendungen

Fouad Sabry (Autor)

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2024 | 1. Auflage
254 Seiten
Eine Milliarde Sachkundig [German] (Verlag)
978-0-00-068961-0 (ISBN)

Infos

'Nanorobotics' ist ein Pionierwerk auf dem Gebiet der Robotikwissenschaft und bietet eine eingehende Erforschung des hochmodernen Bereichs, in dem Robotik und Nanotechnologie zusammentreffen. Dieses Buch ist eine wichtige Ressource für Fachleute, Studenten und Enthusiasten, die verstehen möchten, wie mikroskopische Roboter Bereiche wie Medizin, Biotechnologie und Fertigung revolutionieren können. Von den Grundlagen der Nanorobotik bis zu ihren faszinierenden Anwendungen in der realen Welt bietet dieses Buch eine umfassende Grundlage für alle, die sich für dieses aufstrebende Feld begeistern. Ob Sie ein Student oder Doktorand, ein Forscher oder einfach nur neugierig auf die Zukunft der Robotik sind, 'Nanorobotics' ist Ihr Leitfaden an die Grenzen der wissenschaftlichen Innovation.

Nanorobotik: Eine Einführung in die Welt der Nanoroboter und ihr Potenzial, Industrie und Medizin zu verändern.

Molekulare Nanotechnologie: Erforscht die Prinzipien des Baus von Maschinen und Robotern auf molekularer Ebene, die für die Nanorobotik von entscheidender Bedeutung sind.

Nanotechnologie: Ein tieferer Einblick in die Anwendung der Nanotechnologie bei der Entwicklung von Geräten und Robotern im Nanomaßstab.

Nanomedizin: Untersucht den vielversprechenden Einsatz von Nanorobotern im Gesundheitswesen, insbesondere für Präzisionsbehandlungen und Operationen.

Nanomotor: Konzentriert sich auf die Entwicklung von Miniaturmotoren, die Nanoroboter antreiben und ihre Bewegung und Funktion steuern.

Nanobiotechnologie: Erörtert, wie sich Nanorobotik in die Biotechnologie integriert und den Weg für bahnbrechende Fortschritte in der Biotechnik ebnet.

Nanotechnologie in der Fiktion: Untersucht, wie Nanotechnologie in der Science-Fiction dargestellt wird und wie sie die Forschung und Vorstellungskraft in der realen Welt beeinflusst.

DNA-Origami: Beschreibt die Erstellung von Nanostrukturen aus DNA-Molekülen, die für die Nanorobotik unverzichtbar sind.

Molekulare Biophysik: Erforscht die physikalischen Prinzipien, die das Verhalten von Molekülen und ihre Interaktion in Nanorobotern bestimmen.

Nanoelektronik: Behandelt die Rolle von Nanoelektronik bei der Funktionsweise und Entwicklung fortschrittlicher Robotersysteme.

DNA-Nanotechnologie: Erörtert die Anwendungen von DNA beim Bau molekularer Maschinen und Sensoren für Nanoroboter.

Nanoskaliger plasmonischer Motor: Erklärt die Entwicklung plasmonischer Motoren, die für die Lichtenergieversorgung von Nanorobotern entscheidend sind.

Anwendungen der Nanotechnologie: Erforscht reale Anwendungen der Nanotechnologie in verschiedenen Bereichen wie Energie, Umwelt und Medizin.

Robotersperma: Untersucht die bahnbrechende Entwicklung von Robotersperma, das in der medizinischen Forschung und assistierten Reproduktion eingesetzt wird.

DNA-Walker: Beschreibt, wie DNA-Walker in Nanorobotern für kontrollierte Bewegungen auf molekularer Ebene eingesetzt werden können.

Ambarish Ghosh: Ein Blick auf die bahnbrechenden Beiträge von Ambarish Ghosh auf dem Gebiet der Nanorobotik und Biotechnik.

Biohybrider Mikroschwimmer: Konzentriert sich auf Biohybride - die Kombination biologischer und synthetischer Elemente zur Schaffung effizienter Mikroschwimmer.

Mikroschwimmer: Erforscht die Entwicklung und potenziellen Anwendungen winziger Schwimmroboter in Medizin und Wissenschaft.

Debayan Dasgupta: Hebt die innovative Arbeit von Debayan Dasgupta auf dem Gebiet der Nanorobotik und molekularen Maschinen hervor.

K. Eric Drexler: Erörtert die visionären Ideen von K. Eric Drexler, dem Vater der molekularen Nanotechnologie und Nanorobotik.

Robert Freitas: Erforscht Robert Freitas' bahnbrechende Forschung in der Nanomedizin und das Potenzial von Nanorobotern im Gesundheitswesen

Textauszug

Kapitel 2 : Molekulare Nanotechnologie

Die molekulare Nanotechnologie (MNT) ist eine Technologie, die auf der Fähigkeit basiert, Strukturen mit Hilfe der Mechanosynthese nach komplexen, atomaren Spezifikationen zu bauen.) würde die positionsgesteuerte Mechanosynthese nutzen, die von molekularen Maschinensystemen gesteuert wird. Die molekulare Nanotechnologie (MNT) ist eine Technologie, die auf der Fähigkeit basiert, Strukturen nach komplexen, atomaren Spezifikationen zu bauen. Die Kombination der physikalischen Prinzipien der Biophysik, der Chemie, anderer Nanotechnologien und der molekularen Maschinerie des Lebens mit den systemtechnischen Konzepten, die in den aktuellen makroskaligen Industrien vorhanden sind, wäre erforderlich, um MNT zu schaffen.

Im Gegensatz zur konventionellen Chemie, die sich ungenauer Verfahren bedient, die zu ungenauen Ergebnissen führen, und der biologischen Forschung, die ungenaue Verfahren verwendet, die zu endgültigen Ergebnissen führen, würde die molekulare Nanotechnologie auf originelle endgültige Verfahren zurückgreifen, die zu endgültigen Ergebnissen führen. In der molekularen Nanotechnologie wäre das Ziel, die notwendigen chemischen Reaktionen zu erreichen, indem Molekülprozesse an positionsgesteuerten Orten und Orientierungen ausgeglichen werden, und dann Systeme zu schaffen, indem die Produkte dieser Reaktionen weiter zusammengesetzt werden.

Ein Ziel einer breit angelegten technologischen Initiative, die von Battelle (dem Manager mehrerer US-amerikanischer National Laboratories) in Zusammenarbeit mit dem Foresight Institute geleitet wird, ist die Entwicklung einer Roadmap für die Gründung von MNT.

Ein intelligentes Material ist jede Art von Material, das auf der Nanoskala zum Zweck der Ausführung einer bestimmten Aktivität hergestellt und gebaut wurde. In einer hypothetischen Welt, in der es möglich ist, Materialien so zu konstruieren, dass sie unterschiedlich auf verschiedene Moleküle reagieren, können künstlich hergestellte Medikamente bestimmte Viren identifizieren und neutralisieren. Strukturen, die in der Lage sind, sich selbst zu heilen, würden Einstiche und Abschürfungen auf einer Oberfläche automatisch reparieren, so wie es die menschliche Haut tut.

Ein Nanosensor wäre analog zu einem intelligenten Material, da er eine winzige Komponente in einer größeren Maschine enthält, die auf ihre Umgebung reagiert, indem sie sich auf eine grundlegende und zielgerichtete Weise verändert. Ein sehr einfaches Beispiel: Ein Fotosensor kann passiv das auf ihn fallende Licht überwachen und dann die Energie, die er absorbiert hat, als Strom abgeben, wenn das Licht eine bestimmte Schwelle über- oder unterschreitet, und so ein Signal an ein komplexeres Gerät übertragen. Es wird angenommen, dass ein solcher Sensor niedrigere Betriebskosten hätte und weniger Strom benötigt als ein typischer Sensor, aber er wäre immer noch hilfreich in den gleichen Anwendungen, wie z. B. beim Einschalten des Lichts auf dem Parkplatz, wenn es dunkel wird.

Trotz der Tatsache, dass intelligente Materialien und Nanosensoren auch Beispiele für die praktische Anwendung von MNT sind, lässt die Komplexität der Technologie, die am häufigsten mit dem Begriff "replizierende Nanoroboter" in Verbindung gebracht wird, sie im Gegensatz dazu wie ein Kinderspiel erscheinen.

Die MNT-Nanofertigung wird oft mit dem Konzept in Verbindung gebracht, dass Schwärme von koordinierten nanoskaligen Robotern zusammenarbeiten. Diese Assoziation ist eine Popularisierung einer frühen Vorstellung, die von K. Eric Drexler in seinen Vorträgen über MNT von 1986 gemacht wurde, obwohl sie 1992 ersetzt wurde. In diesem frühen Plan sollten Nanoroboter mit entsprechenden Fähigkeiten weitere Nanoroboter in einer künstlichen Umgebung herstellen, die einzigartige molekulare Bausteine enthält.

Sie nennen die Wahrscheinlichkeit, dass Mutationen jegliche Kontrolle eliminieren und die Replikation mutierter pathogener Varianten fördern, als Grund für ihre Skepsis gegenüber der Lebensfähigkeit von selbstreplizierenden Nanorobotern und der Durchführbarkeit der Kontrolle, wenn selbstreplizierende Nanoroboter hergestellt werden könnten. Die erste autonome Maschinenreplikation im Makromaßstab, die aus Legosteinen geschaffen und 2002 zum ersten Mal auf Herz und Nieren geprüft wurde, ist die Antwort der Befürworter der Idee auf die anfängliche Befürchtung von Skeptikern. Eine Arbeit, die gerade erst von Freitas und Merkle veröffentlicht wurde, gibt eine Reihe verschiedener Ansätze, mit denen Replikatoren theoretisch durch exzellentes Design sicher reguliert werden können.

Die Idee der Unterdrückung von Mutationen wirft andererseits die Frage auf, wie Designevolution auf der Nanoskala stattfinden kann, ohne dass es zu einem Prozess zufälliger Mutation und deterministischer Selektion kommt. Kritiker behaupten, dass die Befürworter von MNT keine Alternative zu einem solchen evolutionären Prozess in diesem nanoskaligen Bereich präsentiert haben, in dem es an normalen sensorischen Selektionsmechanismen mangelt. Sie sagen, dass dies ein Versagen der MNT-Anhänger ist. Aufgrund der Einschränkungen des Sensoriums, das auf der Nanoskala zugänglich ist, kann es schwierig oder sogar unmöglich sein, zwischen erfolgreichen und erfolglosen Unternehmungen zu unterscheiden. Das Standard-Engineering-Paradigma des Modellierens, Entwerfens, Prototypings, Testens und Redesigns wird von Befürwortern der Ansicht verwendet, dass der Designfortschritt auf deterministische Weise und vollständig im Bereich menschlicher Autorität stattfinden sollte.

Auf jeden Fall beinhalten die technologischen Vorschläge für MNT seit 1992 keine selbstreplizierenden Nanoroboter mehr, und nachfolgende ethische Prinzipien, die von Befürwortern von MNT aufgestellt wurden, verbieten die unkontrollierte Selbstreplikation.

Das Gebiet der medizinischen Nanorobotik oder Nanomedizin, das Robert Freitas in einer Reihe von Publikationen mitbegründet hat, kann als eine der bedeutendsten Anwendungen von MNT angesehen werden.

"Utility fog" ist eine weitere Anwendung der molekularen Nanotechnologie, die vorgeschlagen wurde. In dieser Anwendung würde eine Wolke von vernetzten mikroskopisch kleinen Robotern (die einfacher sind als Assembler) ihre Form und Eigenschaften gemäß Softwarebefehlen ändern, um makroskopische Objekte und Werkzeuge zu bilden. Utility-Nebel würde einfach eine große Anzahl physischer Dinge ersetzen, anstatt die bestehenden Muster des Konsums materieller Güter auf vielfältige Weise zu verändern.

Die Verwendung von MNT in Phased-Array-Optiken ist eine weitere mögliche Anwendung dieser Technologie (PAO).

Der vorgeschlagene Zukunftsbereich der Nanotechnologie, die sogenannte molekulare Fertigung, könnte es möglich machen, komplexe Strukturen mit atomarer Genauigkeit herzustellen. Ein neues Szenario, das als "grüner Schleim" bezeichnet wird, wurde als Ergebnis der Entwicklung der Nanobiotechnologie vorgeschlagen. In diesem Szenario handelt es sich bei dem potenziell gefährlichen Gegenstand nicht um Nanobots, sondern um selbstreplizierende biologische Kreaturen, die durch Nanotechnologie entwickelt wurden.

Die Nanotechnologie oder molekulare Nanotechnologie, um sich auf die in diesem Artikel erwähnten Ziele zu beziehen, wird es uns ermöglichen, die historischen Fortschritte in der Fertigung bis hin zu den grundlegenden Einschränkungen fortzusetzen, die durch die physikalischen Gesetze gegeben sind. Es wird uns ermöglichen, molekulare Computer zu entwickeln, die sehr leistungsfähig sind. Aus diesem Grund werden wir in der Lage sein, Materialien herzustellen, die fast fünfzigmal leichter als Stahl oder Aluminiumlegierungen sind und dennoch die gleiche Festigkeit aufweisen. Wir werden in der Lage sein, Flugzeuge, Raketen, Autos und sogar Stühle herzustellen, die im Vergleich zu dem, was jetzt möglich ist, sehr leicht, leistungsstark und erschwinglich sein werden. Injizierbare molekularchirurgische Instrumente, die von molekularen Computern geleitet werden, können Krebszellen oder eindringende Keime lokalisieren und eliminieren, Arterien entsperren oder Sauerstoff liefern, wenn die Durchblutung behindert wird. Diese Werkzeuge würden über den Blutkreislauf abgegeben.

Unsere gesamte Produktionsbasis wird durch eine neue Methode zur Herstellung von Artikeln ersetzt, die durch Nanotechnologie ermöglicht wird. Diese neue Methode wird viel genauer, deutlich kostengünstiger und deutlich anpassungsfähiger sein. Das Ziel besteht nicht nur darin, die Fabriken zu ersetzen, die derzeit zur Herstellung von Computerchips verwendet werden. Vielmehr geht es darum, auch die Fließbänder zu ersetzen, die derzeit zur Herstellung von Autos, Fernsehern, Telefonen, Büchern, chirurgischen Instrumenten, Flugzeugen, Traktoren und allem anderen verwendet werden. Ziel ist es, eine umfassende Änderung des Produktionsprozesses vorzunehmen, die fast keines der Produkte in irgendeiner Weise beeinflusst. Die Fähigkeit, eine wettbewerbsfähige Position in der Nanotechnologie zu behaupten, wird sowohl für den Fortschritt der Wirtschaft als auch für die Bereitschaft des Militärs im 21. Jahrhundert von entscheidender Bedeutung sein.

Trotz der Tatsache, dass sich die Nanotechnologie und die molekulare Nanotechnologie noch in einem frühen Entwicklungsstadium befinden, gibt es große Befürchtungen über die möglichen Auswirkungen, die MNT auf Wirtschaft und Recht haben wird. Wenn das MNT umgesetzt würde, würde es, unabhängig von den spezifischen Auswirkungen, den allgemeinen Effekt haben, die Knappheit an Industriegütern zu verringern und es zu ermöglichen, viel mehr Produkte herzustellen (einschließlich Dinge wie Lebensmittel und medizinische Versorgung).

Es wird...

Produkt-Details

• Erscheint lt. Verlag: 25.12.2024
• Übersetzer: Daniel Hueber
• Sprache: deutsch
• Themenwelt: Technik ► Maschinenbau
• ISBN-10: 0-00-068961-0 / 0000689610
• ISBN-13: 978-0-00-068961-0 / 9780000689610