нанороботтар жасалмақшы.
Нанороботтар немесе наноботтар — мөлшері молекуламен салыстырылатын (10 нм кем), қозғалыс, ақпаратты өңдеу және беру, бағдарламаларды орындау функциялары бар роботтар.
Басқа анықтамалар нанороботты нанобөлшемді объектілермен нақты өзара әрекеттесуге қабілетті немесе нанобөлшедегі нысандарды айла-шарғы жасауға қабілетті машина ретінде сипаттайды. Нәтижесінде, тіпті атомдық-күштік микроскоп сияқты ірі аппараттарды наноробот деп есептеуге болады, өйткені ол нанодеңгейде нысандарды манипуляциялауды өндіреді. Сонымен қатар, наноөлшемді дәлдікпен қозғала алатын қарапайым Роботтар наноробот деп санауға болады.
"Наноробот" сөзінен басқа "нанит", "наноген" және "наномуравей" деген сөздерді қолданады, алайда күрделі инженерлік зерттеулер контекстінде техникалық дұрыс термин әлі де бастапқы нұсқа болып қала береді.
Нанороботтардың ғылыми зерттеу бағытының дамуына байланысты, қазір оларды нақты жобалау мәселелері аса өзекті болып отыр. Бұл мәселені шешу жөніндегі бастамалардың бірі Роберт Фрайтас пен Ральф Меркле 2000 жылы негізделген "нанофабрик әзірлеу жөніндегі ынтымақтастық" болып табылады,оның қызметі алмас қосылыстары негізінде медициналық наноробот өндіруге қабілетті болатын бақыланатын алмазды механосинтетикалық нанофабрика құруға бағытталған зерттеулердің практикалық бағдарламасын әзірлеуге бағытталған. Ол үшін зондтау, молекулалар мен навигация арасындағы күш байланысын басқару технологиялары әзірленеді. Манипуляциялар, қозғалтқыш аппараты (молекулалық моторлар) және "борттық компьютер"үшін құрал-саймандардың жобалары мен прототиптері құрылуда.
Молекулалық қозғалтқыштар - оларға энергияны қоса алғанда айналуды жүзеге асыруға қабілетті наноөлшегіш машиналар. Молекулалық моторлардың басты ерекшелігі-энергия беру кезінде болатын қайталанатын бір бағытты айналмалы қозғалыстар. Энергия беру үшін химиялық, Жарық әдісі, сондай-ақ электрондарды туннелдеу әдісі қолданылады.
Молекулалық қозғалтқыштардан басқа, макроскопиялық аналогтар конструкциясы бойынша ұқсас наноэлектр қозғалтқыштар да құрылады, жұмыс істеу принципі кванттық әсерлерді пайдалануға негізделетін қозғалтқыштар жобаланады.
Нанороботтарды қолдану аясы өте кең. Шын мәнінде, олар кез келген күрделі жүйені құру, ретке келтіру және қолдау кезінде қажет болуы мүмкін. Наномашиналар электроникада шағын құрылғылар немесе электр тізбектерін жасау үшін қолданылуы мүмкін - бұл технология молекулалық жағу деп аталады. Алайда, бірінші орынға қазір медицинада нанороботтарды қолдану мәселесі шықты. Кәдімгі инъекция арқылы нанороботтар қанға немесе лимфаға шашырауы мүмкін. Сыртқы қолдану үшін осы Роботтар ерітіндісін матаның учаскесіне қолданылуы мүмкін. Әзірленген бағыттардың бірі-зарарланған жасушаларға дәрі-дәрмекті тасымалдау. Дәрі-дәрмекті кәдімгі енгізгенде жүз мыңның бір ғана молекуласы мақсатқа жетеді, ал ақуыз қабығындағы наноқұрылым тиімділікті екі тәртіпке арттырады, болашақта фагоциттермен "бөтен" деп танылмайды және функцияны орындағаннан кейін зиянсыз компоненттерге ыдырайды. Мұндай нанороботтар тиімді болуы мүмкін, мысалы, Обыр ісіктерін дәрі-дәрмекпен емдеу.
Нанороботтар барлығын жасай алады: кез келген ағзалар мен процестердің жағдайын диагностикалау, осы процестерге араласу, дәрі-дәрмектерді жеткізу, маталарды біріктіру және бұзу, жаңаларын синтездеу. Шын мәнінде, нанороботтар адамның барлық тіндерін реплицирациялай отырып, үнемі жасартуы мүмкін. Осы кезеңде ғалымдар ағзадағы нанороботтардың жобалау және мінез-құлқын модельдейтін күрделі бағдарлама әзірледі. Артериялық ортада маневрлеу, датчиктердің көмегімен белоктарды іздеу аспектілері өте егжей-тегжейлі әзірленген. Ғалымдар диабетті емдеу үшін нанороботқа виртуалды зерттеулер, іш қуысын, ми аневризмасын, обырды, уландырғыш заттардан биоқорғау жүргізді.
2
№ 15
дәріс
Қорытынды. Нанороботтардың даму болашағы
Қарастырылатын сұрақтар (дәріс жоспары):
1. Нанотехнологияның даму бағыттары
2.Нанороботтардың даму болашағы
Дәрістің қысқаша мазмұны:
Нанотехнологиямен айналысатын ғалымдардың бүгінде айқындап алған міндеттеріне:
- біріншіден, атомдарды өз қалауымызша орналастырып, ерекше қасиетке ие материалдар жасау;
- екіншіден, көлемдері белгілі, белсенді атомдар мен молекулалардан тұратын электрондық сызбанұсқалар өндірісін ұйымдастыру;
- үшіншіден, көлемі молекулаға тең механизмдер мен роботтар жасау.
ХХІ ғасыр ақпаратты технология мен биотехнология дамуымен қатар нанотехнология ілімінің даму технологиясы болмақ. Нанотехнология әдісінде заттардың мөлшері 1 - 100 нм бөлігіндей кішкентай бөлшектермен ісінеді. Бір нанометр метрдің миллиардтай бөлігі (1 нм – 10-9м). Осындай өлшемді заттарды табиғатта кездеспейтін абсолютты жаңа қасиеттер, энергияның, массаның, зарядтың дұрыс таралуына байланысты пайда болады екен деген болжам бар. Осыған байланысты нано біздің болжамымыз бойынша үш бағытта дамығаны байқалады:
- элементтері бірнеше атомдардан тұратын электронды сызбанұсқалар дайындау;
- молекула көлеміндей наномашина, робот немесе механизм жасау;
- атомдардан және молекулалардан тұтынушылық қажеттілікке бұйымдар дайындау. Осындай бағытта наноэлектроникаға, нанобиотехнология, молекулалы электроникаға, наноэлектромеханика, наноэнергетикаға, оптоэлектроникаға жаңа функционалды конструкциалды наноматериалдар, компьютерлі технологияға, экологияға, аэронавтикаға және басқада адамзат өміріне қажетті материалдар алу процесіне арналған.
Бүгінгі таңда нанотехнологияның дамуы мынандай негіздерге әсерін тигізеді: өте төзімді нанокристалды және аморфты материалдар алу; отқа төзімді полимерлер негізінде нанокомпозиттер синтездеу; наноэлектроникаға, нанопоктоникаға, жартылай өткізгішті транзистерлер, лазерлерге, фотодетекторларға, күн сәулесінен энергия алу элементтеріне, жұқа қабыршақты гетероқұрылымды микроэлектроника компоненттеріне, жұмсақ магнитті және қатты магнитті материалдар алу үшін; телекоммуникацияға, ақпараттық және есептеу технологиясына, суперкомпьютер құрылымына, молекулалы электронды сызбанұсқаларға, наномеханика молекулярлы моторлар немесе наномоторлар, нанороботтан нанохимия және катализ, оның ішінде жану процесін зерттеу, зат беттерін бүркелеу, электрохимия нанотүтікті материалдар, әсіресе, мұнай өңдеу өндірісіне, фильтрлер авиацияға, космосқа, жану элементтеріне, электрлі аккумуляторлар және басқа да электр көзін алу үшін, фармацевтиканың дамуына, ағзаға дәрумендерді тасымалдау, биополимерлер, биологиялық талшықтарды қалпына келтіру процесінде, клиникалық және медициналық диагностика әдістерінде, жасанды сүйек тірі органдарды тасымалдау кезінде, биомеханикада, геномикада, биоинформатика салаларында қолданыс табуда. Бүгінгі таңда дүниежүзі бойынша 50 елде нанотехнология әдісімен айналысуда.
Осы уақытта практикалық нанотехнологияның белгілі барлық жетістіктері қолданыстағы жіктемесіне сәйкес үш топқа бөлінеді: инкрементті, эволюциялық және радикалды. Инкрементті нанотехнология қазіргі наноқұрылымдар, сондай-ақ арнайы әсерлер мен феноменге атомдық және мезодеңгейлер арасындағы өту облысына тән қолданыстағы классикалық материалдарды едәуір жетілдіру мақсатында өнеркәсіптік қолдануды білдіреді. Әр түрлі қасиеттері бар композитті конструкциялық, қорғаныш өздік тазалынатын жабындылар, автохимияпрепараттары және кейбір басқа даматериалдарды алу саласында инкрементті нанотехнология кеңінен дамуыналды. Мысал ретінде нанотехнологияны тұрмыста қолданылатын көп функционады қасиеті бар "ақылды" бет жасайтын полирольді келтіруге болады. Ол тиімді қорғауды, қалпына келтіру және түсті жылтырлақ - бояу жабындарының қамтамасыз ететін бразилия карнаубы және синтетикалық балауыздан, силикон және абразивті емес наноалмазданбірегей комбинацияны білдіреді. Жауһары ұялы құрылымды полироль қабықшаларын жоғары беріктігі, төзімтал, беттік адгезиясымен, фотохимиялық және химиялық тұрақтылығымен, қосымша жарқыл өздігімен тазару бетінің пайдалану кезінде наноөлшемді алмаздар мүмкіндік алу жасайды. Автомобильді күрделі ауа райы мен климаттық жағдайларында пайдалану кезінде, мысалы, ылғалды және жаңбырлы ауа райында, қазақстанда бұл көрсеткіш бойынша лас жолда, сондай-ақ ыстық күні лак-бояу жабындыны жылу және ультракүлгін сәуледен қорғау үшін полироль тиімді.
Эволюциялық нанотехнология наномеханизмдермен байланысты. К.Э. Дрекслер идеясы бойынша әмбебап молекулалық роботтарды өздік жинау әдістерімен кез келген объектілерді(соның ішінде өзіне ұқсас) қолда бар молекулалар, фуллерен, нанотүтікшелер және басқа да ұқсас құрылымдар мен қайтадан жаңғыртылуы мүмкін [5].
1 - 3 суреттерде молекулалық динамика әдістерімен есептелген және нанокомпоненттерден жиналған қарапайымнан өте күрделіге дейін механикалық конструкциялардың мысалы келтірілген.
Сурет 1. Қарапайым тісті берілістер. Сурет 2. Подшипниктердің құралмалы бірліктері
Сурет 3. Наноманипулятор конструкцияларын жинау
Үйкеліс шығындары нөлге жақын болып табылатын микроскопиялық «мойынтіректерді» жапондық ғалымдар құрды. Осы бағытта қол жеткізген ең үлкен прогресс. «Мәңгі» мини мойынтіректер материалы ретінде синтетикалық молекулалар - фуллерен болды. Бұл жағдайда олар 60 көміртегі атомдарынан тұратын біргетұрақты бесбұрыш және алтыбұрыш түрінде ұйымдастырылған торды құрайды. Бұл айналмалы «шарлар» күрделі технологиялық процестен кейін графиттен жасалған екі ұзарту пластиналар қатарына қойылған.
Тозбайтын мойынтіректің жұмыс істеу принципі қарапайым схемасы 4-суретте көрсетілген.
Сурет 4. Фуллерен механизмнің схемасы.
Радикалды нанотехнология – бұл нанороботтар. Олар қоршаған ортада тасымалдауға және борттық жүйесімен жабдықталған қабілетті болуы мүмкін.
Диагностикалау және емдеу аурулары, соның ішінде қартаюымен күрес, тапсырыс бойынша адам ағзасынқайтақұру, дайындалған өте берікті конструкциялардан "Жер – орбита" лифтке дейін нанороботтарды пайдалана алады.
