Что такое наноботы? Мы рассматриваем, как работают маленькие роботы и что они могут делать, а затем обсуждаем самые невероятные возможности, которые скоро откроются благодаря этой технологии.
Представьте, что вы оказались заблокированы под обломками после стихийного бедствия, пока таракан не пробирается к вам из-под камня. Через несколько минут обломки убираются, и вас вытаскивают на свободу. Подождите минуту - разве таракан спас вам жизнь? Не совсем. Хотя исследователи в Японии действительно создали киборг-тараканов, чтобы помочь найти выживших, заблокированных под обломками после землетрясений, мы говорим о чем-то другом. Мы говорим о микроботах - крошечных роботах, разработанных для воспроизведения движений маленьких существ, таких как насекомые, чтобы добраться до мест, недоступных для человека, от поиска и спасения до инспекции и даже исследования космоса.
Микроботы наиболее часто используются в биотехнологической промышленности для разработки диагностических и целевых терапевтических средств для мониторинга и лечения заболеваний. Но они также использовались для мониторинга окружающей среды, ремедиации почвы, аграрных исследований, инспекции реактивных двигателей и поиска и спасения. Более того - они собираются использоваться для множества других задач, поскольку эта технология быстро развивалась за последние несколько лет. В этом отчете мы рассмотрим, как работают маленькие роботы и что они могут делать, а затем обсудим самые невероятные возможности, которые скоро откроются благодаря этой технологии.
Все знают огромные роботизированные руки, используемые на автомобильных конвейерах для производства автомобилей. В то же время существует миф, что маленькие роботы - это неиндустриальные, неуниверсальные игрушки. Однако многие промышленные производители используют маленьких роботов для массового производства и сборки автомобильных электронных блоков управления, мобильных телефонов, медицинских устройств, печатных плат и шприцев.
Настольные роботы используются для вязания, обслуживания машин, подачи деталей, тестирования и инспекции, а также могут наносить клей, полировать и закручивать винты, паять детали на сборочных линиях. Эти маленькие роботы обычно классифицируются по их радиусу действия 500 миллиметров или меньше с грузоподъемностью менее 3 килограмм. Один настольный модуль имеет высоту всего 12 дюймов, с основанием размером с ладонь вашей руки и весит менее 5 килограмм. Другой размером с лист бумаги 8.5 на 11 дюймов.
Затем есть MiGriBot - миниатюрный робот-захват. MiGriBot - это самый быстрый в мире микроробот. Он может захватывать и перемещать микрообъект 720 раз в минуту с точностью до микрометра. Это миллионная доля метра. Скоро эти MiGriBots будут использоваться для создания мини-сборочных линий для микрофабрик.Они будут собирать микроэлектронику для смартфонов, компьютеров, или даже нанотехнологии, такие как нанодатчики для обнаружения токсичных химикатов или раковых клеток. И возможность массового производства микротехнологий без необходимости в огромных руках может сократить потребление электроэнергии в масштабах всей планеты.
Теперь, если вы думали, что MiGriBot мал... Познакомьтесь с Peaky - самым маленьким дистанционно управляемым ходячим роботом, когда-либо созданным. Шириной всего в полмиллиметра, Peaky меньше блохи. Разработанный по образу краба peekytoe, он может сгибаться, ползать, крутиться и прыгать. Эти микроботы предназначены для ремонта малых структур или сборки крошечных машин. Но они еще далеки от промышленного масштаба. Питание роботов такого размера может быть проблемой. В случае с Peaky, батареи не требуются. Он использует сплав с памятью формы, который деформируется и восстанавливается при попадании на него лазерного луча, создавая движение.
Та же команда создала роботов размером в миллиметр, вдохновленных жуками, кузнечиками и гусеницами, а также крылатый микрочип. Этот чип стал самой маленькой летающей структурой, созданной человеком, размером с зерно песка. Эти крошечные устройства, оснащенные датчиками и работающие от солнечной энергии, имитируют одуванчики, разносимые ветром. Несмотря на то, что они в 30 раз тяжелее одуванчика весом в 1 миллиграмм, они все же могут преодолеть длину футбольного поля при умеренном ветре, а затем передать данные на расстояние до 60 метров. Их беспроводные датчики могут отслеживать изменения температуры и влажности по всем фермам или лесам или отслеживать загрязнение воздуха, такое как выбросы парниковых газов или воздушные заболевания.
Многие создатели микроботов используют биомимикрию для стилизации микроботов, классифицированных по компонентам с размерами меньше миллиметра и больше микрометра, по образу и подобию насекомых - одних из самых маленьких организмов в нашем мире. Этот прыгающий жукобот предназначен для проведения структурных оценок или отбора проб воды там, куда могут добраться только жуки. Другой бот имитирует способность животных использовать пружинные хвосты для самовосстановления в полете.
Маленькие, самонавигирующиеся дроны предназначены для того, чтобы мыслить и двигаться как пчелы для опыления цветов. Автономный RoboBee будет исследовать опасные среды, выполнять поиск и спасение, и, как его естественный прототип, помогать в сельском хозяйстве. Ученые планируют использовать RoboFly для обнаружения утечек газа или сбора энергии из радиочастот.
Помимо сельского хозяйства, потенциальные области применения ботов, вдохновленных насекомыми, включают производство, наблюдение и оборону. Нановертолет Black Hornet Nano весит всего 16 граммов, его длина составляет четыре дюйма, и он способен выдерживать штормы. Сейчас его цена составляет 200 тысяч долларов, военные используют его для оперативного осведомления и поиска потенциальных угроз на поле боя. В ВМС США есть роботизированная платформа Gecko Robotics Phased Array, которая ползает в 3D-пространствах для осмотра повреждений в местах, куда не могут добраться моряки. Оба этих устройства могут скоро быть заменены еще более маленькими роботами.
В прошлом году исследователи из Массачусетского технологического института и Гарварда создали маленькие, проворные дроны, которые маневрируют как настоящие насекомые. Исследователи создали искусственные мышцы для этих воздушных роботов, чтобы они могли парить в течение 20 секунд и весили меньше четверти пенни. Ранее исследователи создали автономные подводные исследователи, которые работают вместе и общаются в стаях. Недавние тесты использовали вибрации для влияния на движение сотен и тысяч коллективов микророботов, работающих как буквальное улейное сознание.
Для того чтобы все эти роботы работали автономно, им понадобятся инструменты компьютерного зрения для обзора. LiDar, используемый для некоторых автомобилей с автопилотом, основывается на больших, громоздких датчиках. Это также стало меньше. Самый маленький и легкий сканирующий LiDar, доступный , называется SF45 и был добавлен к маленькому дрону-роуверу. Но это нужно будет уменьшить еще больше для использования микророботами.
Меньше микророботов - нанороботы, с деталями меньше микрометра в диапазоне нанометров.Наноматериалы были разработаны для доставки лекарств, электроники, топливных и солнечных элементов, и в один прекрасный день они могут быть использованы для космических исследований - но об этом позже.
В настоящее время нанотехнологии используются в рекультивации почвы, где наноматериалы вводятся непосредственно в почву. Наноматериалы обнаруживают и обрабатывают загрязнители почвы, могут стабилизировать твердые отходы и контролировать эрозию почвы. Недавние разработки в области нанотехнологий увеличили эффективность адсорбирующих материалов, предоставив новые инновационные системы для улучшения очистки окружающей среды. Исследователи показали, как крошечные самодвижущиеся "нанопловцы" могут самостоятельно выделять наноматериалы для улучшения рекультивации или фильтрации воды. Исследователи уже разработали наносистемы и наноматериалы для удаления загрязнителей, таких как тяжелые металлы или даже радиоактивные отходы из воды. Исследователи также создали доказательство концепции использования микророботов для разложения микропластики из питьевой воды или сточных вод.
Управление для того, чтобы эта нанотехнология работала автономно, будет самым сложным аспектом разработки. Недавно исследователи создали самого маленького в мире ходячего робота. Ширина волоса человека, они ходят автономно с платой на борту и без внешнего управления - огромное достижение. Хотя сейчас это микромасштаб, аналогичные техники необходимо будет печатать в наномасштабе для нанороботов.
Микро- и нанотехнология наиболее востребована в медицинских приложениях, где также применяется биомимикрия. Эти микро-гребешки, размером всего в доли миллиметра, предназначены для навигации по человеческому кровотоку - и даже по человеческому глазу. Ученые уже направили стаю микроскопических плавающих роботов для очистки легких мышей от микробов пневмонии.
Эквивалент внутривенное введение антибиотиков должно быть в 3,000 раз выше, чтобы достичь того же результата. Это может улучшить проникновение антибиотиков и спасти больше жизней - ведь в США каждый год госпитализируются один миллион взрослых с пневмонией, и 50,000 умирают. Во всем мире пневмония убивает в среднем 2.5 миллиона человек.
Этот нанобот, принимаемый в виде таблетки, может вводить препараты, такие как инсулин, непосредственно в кишечник, где пользователь не чувствует боли от укола. Микробототехника также привела к созданию самого маленького в мире кардиостимулятора. Исследователи из Penn Dental использовали микроботов для лечения труднодоступных областей корневого канала для биопленок, доставки препаратов или сбора диагностических образцов. Меняющие форму микроботы также были использованы для чистки и чистки зубов. Роботы, в 10 раз меньше красной кровяной клетки, могут скоро будут использоваться для борьбы с раковыми клетками, контролируемые ультразвуковыми волнами. Или магниты могут быть использованы для доставки лекарств через наностержни непосредственно в спинной мозг. Другие микроботы могут менять форму и затвердевать, чтобы имитировать рост кости.
Наноботы также могут распространять целевые антибиотики по всей ране, что является значительным улучшением по сравнению с обычными антибиотиками, которые убивают бактерии только там, где они местно применяются. Эта технология может быть использована для борьбы с бактериями, прячущимися в коленном или другом суставном имплантате, или для лечения камней в почках. Бактерии являются четвертой по величине причиной смерти в больницах США и убивают примерно 1,2 миллиона человек в год.
Микроботы принимали форму всего, начиная от магнитного слизняка до паста для навигации по человеческому телу и извлечения объектов изнутри. В конечном итоге, эти микроботы могут быть собраны в стаи для доставки лекарств или разблокировки артерий. Одна компания, Bionaut Labs, планирует клинические испытания в течение двух лет для своих микроботов, вводимых в организм и управляемых магнитами для лечения врожденных мозговых аномалий и опухолей. Это не только люди, которых могут исцелять микроботы. Подобные приложения могут быть использованы для создания нанороботов, которые также могут исцелять себя. Исследователи создали нанороботы, которые самовосстанавливаются при разрушении и ремонтируют цепи, когда они повреждаются, например, те, которые используются для питания аккумуляторов электромобилей.
самособираютсяпотенциально опаснымиСледующий медицинский рубеж для микророботов - это крошечные биогибридные роботы, управляемые на расстоянии для выполнения высокоточных биохимических операций. Их размеры не будут превышать размер биологической клетки или будут еще меньше, чтобы перемещаться по кровеносной системе, идеальному маршруту доставки. Биогибридные нанороботы в конечном итоге смогут удалять кровяные сгустки из мозга без хирургического вмешательства, доставлять лекарства непосредственно к органам или помогать с оплодотворением. [text]Наномедицина особенно сосредоточена на локализованных терапиях для борьбы с раком, и было достигнуто много прогресса. Недавно ученые испытали магниты для доставки микророботов, уничтожающих раковые клетки, непосредственно к опухолям. В конечном итоге нанороботы могут усовершенствовать CRISPR тоже.Недавнее финансирование подходов на основе CRISPR для обнаружения и лечения сепсиса включало применение гибридных био-неорганических наноботов. Существует даже доказательство концепции микробота, который может биопечатать здоровые клетки непосредственно внутри человеческого тела, где нам нужно их рост или исцеление - например, для ремонта желудочных ран. В настоящее время считается, что биогибридные наноботы, подобные этому, могут начать обитать в наших телах не ранее 2030 года.
Самое дальнее применение наноботов - это космические исследования, поскольку многие космические агентства имеют различные типы и стадии планов в работе по добавлению нанодатчиков и нанороботов для улучшения производительности космических кораблей, космических костюмов и космических роверов. Например, углеродные нанотрубки могут сделать более легкие космические корабли, космические лифты или солнечные паруса. Слои био-нано роботов к космическим костюмам могут самостоятельно восстанавливать повреждения, запечатывать проколы или даже прямо предоставлять лекарства астронавтам во время медицинских чрезвычайных ситуаций.
Космические агентства также могут использовать нанодатчики для поиска на планетах, таких как Марс, важных химических элементов, таких как вода, или отслеживания следов вредных химических веществ в качестве части системы жизнеобеспечения корабля. Ученые также могут создать нанокорабли (или нанозонды) для исследования вселенной. У NASA были планы на создание автономного роя нанотехнологий известного как ANTS, и более недавно, концепция SWIM получила финансирование в размере 600 000 долларов. SWIM может потенциально заменить вертолет Ingenuity NASA, информируя роверы о своей окружающей среде, оснащая каждого робота в рое своими системами движения и коммуникации. NASA также объявило о планах по своему проекту "starchip" в 2016 году, но столкновения с газом и пылью в космосе могут быть достаточно катастрофическими для кораблей, поэтому он все еще находится в стадии разработки.
С ускоряющимся экспоненциальным прогрессом в области ИИ, можно предположить, что технология отправки этих самовоспроизводящихся нанозондов в космос может быть готова к 2050 году. Но мы предоставим последнее слово по этому вопросу Мичио Каку.
Когда-нибудь задумывались, какие стратегии делают Apple, Amazon и другие гиганты такими успешными? В книге "Лучшая, более простая стратегия" Феликса Оберхольцер-Ги представлены ключевые выводы о том, как эти компании достигают успеха. Узнайте о рамках ценностной палки, чтобы повысить готовность клиента платить и снизить готовность сотрудника продавать, как эти игроки способствуют стимулированию ценности, как строить карты ценностей против конкурентов и как приоритизировать правильные драйверы ценности для роста вашего бизнеса.
Как избежать потери времени, денег и ресурсов из-за короткозрячных решений? Когда вы думаете системно, вы можете научиться распознавать взаимосвязь между структурой и поведением, чтобы принимать более обоснованные бизнес-решения. Узнайте о фундаментальных принципах системного мышления и распространенных ошибках, которые следует избегать при системном подходе, и о том, как из них выйти.
Мы разбираем все, что связано с Forbes 30 Under 30, включая 4) как воспроизвести 30 Under 30 с помощью пятиступенчатой схемы, которую мы определили, 3) как Forbes Under 30 превратился в главный источник дохода Forbes и привлекает 6 миллионов дополнительных посетителей в год, 2) выводы, которые мы сделали из всех 6 000 американских лауреатов, включая сравнение процента принятия с Стэнфордом и Гарвардом, как самый богатый Under 30 обладает состоянием в 26 миллиардов долларов, а самый молодой номинант всего 14 лет, и 1) происхождение 30 Under 30 и почему все это привело к Forbes 30 Under 30 в первую очередь.
Вы нашли хороший продукт с сильной пригодностью для рынка, так как же вы масштабируете от стартапа на ранней стадии до листинга на S&P? Элад Гил, сооснователь Color Genomics и вице-президент Twitter, излагает ключевые рамки, которые необходимо понимать генеральным директорам компаний с высоким ростом, в этом Руководстве по высокому росту. Узнайте о лучших практиках найма, управлении изменениями генерального директора, дорожной карте для успеха слияний и поглощений, а также оцените плюсы и минусы IPO. С конкретными и действенными советами на каждой стадии гиперроста, это руководство предназначено для запуска основателей и их компаний на луну.