نانو ربات هاي پزشكي

[yas-90]

با استفاده از دانش نانوتكنولوژي محققان توانسته اند نانو ربات هاي زيستي طراحي كنند كه در بدن انسان قرار مي گيرند و نقش محافظ و درمانگر را ايفا مي كنند. اين ريز ماشين هاي هوشمند قادرند چندين نسخه از خودشان تهيه كنند و جايگزين بافت هاي فرسوده يا آسيب‌ديده كنند. اين فرايند را خود تكثيري مي‌نامند. در آينده نانو ربات هاي هوشمند در مغز و بدن هر انساني به تعداد زياد وجود خواهند داشت و انسان را از ابتلا به انواع بيماري ها مصون مي دارند حتي روند پير شدن بشر را به تعويق مي اندازند و نيز قدرت جسماني و حافظه را تقويت مي كنند. با استفاده از نانوتكنولوژي دستيابي به انرژي خورشيدي امكان پذير خواهد شد. انرژي خورشيدي قابل تبديل و استفاده به اشكال مختلف انرژي است و بشر را از منابع ديگر انرژي بي نياز مي كند.



http://www.iranbmemag.com/en/editor/images/1_Multimediapics13892Science90.jpg
با استفاده از دانش نانوتكنولوژي محققان توانسته اند نانو ربات هاي زيستي طراحي كنند كه در بدن انسان قرار مي گيرند و نقش محافظ و درمانگر را ايفا مي كنند. اين ريز ماشين هاي هوشمند قادرند چندين نسخه از خودشان تهيه كنند و جايگزين بافت هاي فرسوده يا آسيب ديده كنند. اين فرايند را خود تكثيري مي نامند. در آينده نانو ربات هاي هوشمند در مغز و بدن هر انساني به تعداد زياد وجود خواهند داشت و انسان را از ابتلا به انواع بيماري ها مصون مي دارند حتي روند پير شدن بشر را به تعويق مي اندازند و نيز قدرت جسماني و حافظه را تقويت مي كنند. با استفاده از نانوتكنولوژي دستيابي به انرژي خورشيدي امكان پذير خواهد شد. انرژي خورشيدي قابل تبديل و استفاده به اشكال مختلف انرژي است و بشر را از منابع ديگر انرژي بي نياز مي كند. نانوربات ها ماشين هاي كوچكي هستند كه براي انجام عملياتي خاص و بعضا تكرارشونده با دقت بسيار بالا طراحي شده اند. نانو ‌ به معني يك بيليونيوم يا يك ميلياردم است. نانو ربات ها نه تنها قادر به تشخيص محل دقيق سرطان خواهند بود بلكه داروي مناسب براي از بين بردن سلول هاي سرطاني را تزريق مي كنند. امروزه تحقيقات وسيعي در زمينه درمان بيماري هايي چون ديابت، بيماري هاي قلبي و ايدز در حال انجام است. نانوربات ها داراي امكانات بالقوه اي هستند كه با اجتماع و قرارگيري به صورت كلوني قادرند به طور موشكافانه و دقيق از سيستم حفاظت كنند. در واقع با ساختاري اتمي يا مولكولي در يك فرايند شناخته شده قرار داده مي شوند تا چرخه اي را كامل كنند. تكنولوژي نانورباتيك آنقدر سريع در حال پيشرفت است كه به يقين زندگي انسان از اواسط قرن جاري به كلي متحول خواهد شد. اين تغييرات شامل از بين رفتن بسياري از بيماري ها، كاهش عوامل و عوارض بسياري از امراض و حتي جراحي ها است. يكي از مهمترين برنامه هاي گسترش علوم رباتيك در جهان بيشتر كردن عمر بشر و مبارزه با پيري و عـواقب آن است. از دهه 80 ميلادي تا كنون كوچك سازي (مينياتورسازي) از اهم فعاليت ها در زمينه علوم كامپيوتري بوده است. سرعت رشد تكنولوژي هر بيست سال دو برابر خواهد شد، در نتيجه تكنولوژي در سال 2050 حدود 32 برابر از سال 1950 جلوتر خواهد بود. يكي از شاخه هايي كه رشد تكنولوژي در آن بسيار چشمگير است، دانش پزشكي است. با ساخت ابزار و وسايل پزشكي در آينده روند پير شدن كند مي شود و مبـارزه بـا بيمـاري هـا آسـان تـر و مطمئـن تـر خـواهـد شـد. در زمينه كالبدشناسي از نانوربات‌ها به منظور تعيين محل دقيق آسيب استفاده خواهد شد. در شرايطي استفاده از نانو ربات‌هاي زيستي ضروري به نظر مي رسد كه امكان دسترسي به عضو موردنظر دشوار بوده يا امكان پذير نباشد يا حتي در مواردي كه عواقب دردناك و دشواري توسط پزشك پيش بيني شود. براي طراحي يك نانوربات دانشمندان از مدل هاي طبيعي مثل ساختار رشته هاي DNAبهره مي گيرند. با بهره گيري از دانش نانو تكنولوژي دانشمندان قادر به ساخت حسگرهاي زيستي در ابعاد يك ميلياردم هستند.

هم اكنون نانو ربات هايي كه در مراكز تحقيقاتي ساخته مي شود به اندازه اي كوچك هستند كه هنگام عطسه همراه با گرد و غبار به بيرون پرتاب مي شوند. يكي از اولين ريز ربات هايي كه براي كمك به علم پزشكي ساخته شد سلئو نام داشت. اين ميكرو ربات براي جاسازي در داخل روده انسان طراحي شده بود. سئلو مجهز به يك چنگال و چند حسگر بود. حسگرها بدين منظور تعبيه شده بودند تا مانع برخورد با موانع شوند، وظيفه چنگال نيز برداشتن نمونه از سطح روده است. اين ريز ماشين مي توانست يا خود حركت كند يا توسط پزشك با يك كنترل دستي به حركت درآيد. اسلوب كار نانو ربات هايي كه در داخل بدن كار گذاشته مي شوند، شبيه سازي از محيط در فضايي سه بعدي است و تجزيه و تحليل اطلاعات در آن ها بر مبناي روش هاي عددي است. نانوربات ها مانند انسـان بـه اطـلاعـات اطـرافشـان نياز دارند. به دليل نوع كار اين نانو ربات ها در بدن، تجهيزات و يا سخت افزار اين ماشين هاي مولكولي بسيار پيشرفته و ابتكاري است. در ســاخــت سـنـســورهــاي زيـسـتــي تـنـهــا روش هــاي مـيـكــروالـكـتــرونيكـي كـاربـرد دارد. نانوربات‌هاي زيستي داراي سنسورهايي در ابعاد بسيار كوچك هستند و در عين حال به گونه اي طراحي شده اند كه با شرايط زيستي بدن انسان سازگارند. نانوربات هاي زيستي با داشتن حسگرهاي بسيار حساس از تجهيزاتي خواهند بود كه امور پزشكي را به تدريج متحول مي كند. در واقع مدلي از ماشين هاي مولكولي هستند كه با روش هاي خاصي ارتباطات و اتصالات بين سلول هاي بيولوژيكي را كنترل كرده و بهبود مي‌بخشد، به عبارتي روي نحوه عملكرد سلول ها نظارت كرده و كنترل صحيح آن‌ها را به عهده مي‌گيرد. روش كار اين مدل هاي مولكولي بر اساس شبيه سازي در محيط سه بعدي است.



‌منابع انرژي براي نانو ربات ها مؤثر ترين روش براي اين كه نانو ربات ها مدام در حال حركت و فعاليت باشند(در هر محيطي نه صرفا محيط بيولوژيك)، ايجاد منابعي از انرژي است كه از محيطي كه نانو ربـات در آن مـشـغـول بـه كـار اسـت فـراهـم شـود. انـرژي جـنـبـشـي سـيـال، اشـعه هاي الكترومغناطيسي كه از نور ساطع مي شوند گزينه هاي مناسبي براي منبع انرژي هستند، كه اين اشعه ها براي فضاي كاري باز مورد استفاده قرار مي گيرند. همچنين استفاده از تغييرات دمايي يا كم و زياد شدن نور نيز گزينه مناسبي هستند. اما براي يك فضاي كاري گسترده انرژي توليد شده از ارتعاش مناسب تر خواهد بود كه در محيط هاي مختلف از جمله محيط بيولوژيك مي توان از آن استفاده كرد.



ادامه دارد...

[yas-90]

مزايا و مشكلات نانورباتيك
به طور كلي در ساخت نانو ربات دو مسئله مهم وجود دارند. اولا شبيه سازي و طـراحـي بـر اسـاس ربـات هـاي مـاكـرو كـه شـامـل نـيـروي مـحركه، برقراري ارتباط و جهت‌‌يابي است و ثانيا اسمبل كردن قطعات نانو ربات. تحقيقات در زمينه نانورباتيك جنبه تئوري داشته و تا كنون نانو ربات مصنوعي غير بيولوژيك ساخته نشده است. اما از نظر تئوري مزايا و مشكلاتي مورد توجه واقع شده اند كه عبارتند از:

1- با دوام بودن نانو ربات ، كه از نظر تئوري سال ها دوام دارند.
2-زمان عملكرد آن‌ها بسيار كم است،زيرا جابجايي آن‌ها محدود بوده و اتفاقات بيولوژيك با همان سرعت رخ مي دهند اما در زمان كمتر.
3-احتمال مي رود كه نانو ربات ها به دليل اندازه كوچك ،از سوي بدن به عنوان عوامل بيماري زا شناسايي نشوند.
4-اندازه كوچك ، محدوديت هايي ايجاد مي كند به اين دليل كه اندازه هاي فوق العاده كوچك امكان عبور نانو ربات از هر ساختار نا مشخص و ناخواسته را مي دهد بدون اينكه هدايت يا متوقف شود.



اجزاي نانو رباتبنا به نوع كاربري نانوربات، اجزاي آن تغيير مي كنند اما اجزاي بيان شده در اين قسمت، اجزاي اصلي نانو ربات ها هستند كه در هر نانوربات صرف نظر از نوع كاربرد وجود دارند.



نانوسنسورهانسل جديد سنسور ها، در مقياس نانو، به سه دسته تقسيم مي شوند:
1-سنسورهاي فيبر نوري (اپتيكي)
2-سنسورهاي مكانيكي
3-سنسورهاي الكترونيكي



نانو سنسورهاي اپتيكي
‌از اين نانوسنسورها براي مطالعه متابوليسم در سلول هاي زنده استفاده مي شود. پروب هاي فـــيـــبـــــر نـــــوري ســـــر بــســيـــــار نـــــازكـــــي دارنـــــد (500-20 نـانـومـتـر.) هنگامي كه نور به اين فيبر تابيده مي شود، اين سر نازك ميدان ناپايداري توليد مي كند.زيرا قطر اين سر فيبر از طول موج نور كمتر است.وضوح تصوير با اين پروب ها بسيار زياد است. به دليل اين كه اين ميدان ناپايدار حـجــم كــوچـكــي از اطــراف خــود را تـحــريـك مي‌كند.



نانوسنسورهاي مكانيكيدر مقياس نانو پيوندهايي قوي بين ساختار ها بـا خـواص مكانيكي يا الكترونيكي يا شيميايي وجود دارد كه ساخت وسائل نانومتريك بسيار حساس به محيط و مواد شيميايي را امكان پذير مـي سـازد. بـه وسيلـه ايـن حساسيت بسيار بالا تـغـيـيــر شـكــل هــاي مـكــانيكـي و سيگنـال هـاي گرمايي وآكوستيك قابل تشخيص هستند.



نانومديسين
نــــــانــــــومـــــديـ ــســـيـــــن در واقـــــع اســـتـــفـــــاده از نــانـوتكنـولـوژي در درمـان، تشخيـص و كنتـرل سيستم هاي بيولوژيك است،كه شامل شناسايي هـدف مـربـوطـه و انـتـخاب حامل هاي مناسب براي دست يابي به پاسخ هاي مناسب و حداقل سـاخـتـن اثـرات جـانـبي داروها است. در زمينه نـانـومـديـسـيـن، نـيـازي بـه تـغـيـيـر دادن تـركيبات دارويي نبوده و فقط طريقه حمل آن بايد تغيير كند. اين سيستم داراي يك حامل است كه دارو توسط آن قسمت حمل مي شود. مشخصه مهم يك سيستم دارو رسان مؤثر، توانايي براي انجام انتقال هدف دار و كنترل شده دارو است. براي ايـن مـنـظـور داروهـا بايد باسرعت مناسبي آزاد شوند. آزاد شدن سريع دارو باعث عدم جذب مناسب و اثرات جانبي ديگر دارد. به علاوه بايد توجه داشت كه دارو هنگام حمل تجزيه نشود، بـراي هـمـيـن داروهـا را بـايـد در مـحـفـظـه هـايي (كپسول هايي) قرار داد. ماده حامل دارو بايد با دارو سازگار بوده تا دارو به راحتي با آن پيوند برقرار كند.



‌نانو جراحي
روش هاي جراحي كلاسيك به صورت ماكرو هستند؛ اما بعضي از جراحي هاي خاص مثل جراحي چشم نيازمند وسايل و ابزار ظريف تر و كوچك تر شدند. لذا ميكرو جراحي ظهور پيدا كرد و در چند سال اخير كوچك سازي، پيشرفت هاي زيادي در جراحي ايجاد كرده است. اولين مزيت نانوجراحي كاهش شوك ها و زخم هاي ناشي از جراحي كلاسيك است. همچنين شكاف و برش در نانوجراحي وجود ندارند. همين مسائل باعث بهبودي سريع تر بيمار مي شود. جراحي هاي معمولي سنگين و طاقت فرسا هستند؛ هم براي بيمار و هم براي جراح از يك طرف بيمار دچار ترس و دلهره، دردهاي متعدد و زمان بهبودي طولاني شده و از طرف ديگر جراح به تمركز، براي مدت طولاني احتياج دارد تا جراحي را كامل و دقيق انجام دهد. اشتباهات جراح كه ناشي از خستگي و ديد كم هستند اجتناب نا پذيرهستند. در نانوجراحي، جراح از دسته هايي براي فرمان استفاده مي كند تا بازوهاي نانو ربات را كه مجهز به ابزار جراحي كوچك هستند كنترل كرده و به محل مورد نظر برساند. بازوي ديگر نانو ربات دوربيني حمل مي‌كند كه جراح مي تواند محيط درون بدن را مشاهده كند.



نانو ربات عنكبوتي از جنس مولكول dna
دانشمنـدان در آمـريكـا يـك ربـات مـولكـولـي از جنـس مولكول وراثتي dna خلق كرده‌اند كه مانند عنكبوت در امتداد يك مسير ساخته شده از كد شيميايي براي حيات راه ميرود. ‌اين ربات فقط چهار نانو متر قطر دارد كه چهار ميليارديوم يك متر است. اين نانوربات، شبيه به يك عنكبوت چهار پا طراحي شده است. اين هيولاي مينياتوري در امتداد زنجيره‌هاي dna متصل شده به هم حركت مي‌كند كه درست به روش حركت ربات‌هاي صنعتي در امتداد يك خط مونتاژ است. بدن اين عنكبوت از پروتئين معمولي موسوم به <استرپتاويدين> ساخته شده است. اين دستاورد كه شرح آن در مجله علمي نيچر به چاپ رسيده گامي ديگر در آزمايشات مقياس نانو است كه در آينده به خلق ارتشي از نانوربات‌ها براي پاكسازي عروق و ترميم بافت‌هاي آسيب ديده منجر خواهد شد.


ادامه دارد...

[yas-90]

به كارگيري نانوربات براي جراحي
نانوربات قابل كنترلي كه قادر است در جراحي سرطان مورد استفاده قرار گيرد در حال ساخت است. دقت كار اين نانوربات بيش از فناوري‌هاي رايج امروزي است. اين نانوربات كه دقت بالا تنها يكي از مزاياي آن است، قادر است در طول 5 تا 10 سال آينده به خدمت جراحان درآيد. داخل اين دستگاه موتورهاي بسيار كوچكي قرار دارد كه اين دستگاه را قادر ميسازد تا به نقطه‌خاصي از تومور برود. اين در حالي است كه با هيچ دستگاه جراحي نمي‌تواند با دقت ميليمتري روي تومورها كار كرد؛ اما نانوربات‌ها اين دقت را زير نانو پايين ميآورند. با اين نانوربات ميتوان تست‌هاي پاتولوژي يا تشخيص طبي را طي چند دقيقه انجام داد و حتي مي‌توان دارويي را به‌منظور از بين بردن تومور با دقـت وارد بدن بيمار كرد. هم‌اكنون طراحي الگوريتم‌هاي حركتي نانوربات تست فعاليت‌هاي مختلف اين نانوربات در حال انجام است.
استفاده از نانوربات به معني كنار زدن جراحان در فرايند جراحي نيست بلكه جراحان بايد به‌صورت ناظر روي فعاليت نانوربات‌ها در طول جراحي نظارت داشته باشند و مانند نقش هدايتي خلبان در اين مسير ايفاي نقش كنند.



ساخت نانو ربات كربني براي حمل دارو در بدن بيماران
‌نانو ربات كربني به ابعاد 100 نانومتر به وسيله دستگاه هاي كنترل شده، داروهاي تـزريقي را در بافت بدن بيماران هدايت مي كند. نانو ربات كربني قابليت حمل هر دارويي را در بدن دارد. پس از تزريق دارو به اين دستگاه دارو به تمام بافت هاي بيمار به خصوص بافت هاي سرطاني و ايدزي رسيده و آن ها را از بين مي برد. در حال حاضر شبيه سازي كامپيوتري اين طرح انجام شده است.



توليد نانو رباتها
ســاخــت نـانـوربـات‌هـا بـه كـار بـرده شـده در پزشكي مستلزم حصول پيشرفت‌هايي در مواد صــلـــب الــمـــاس‌گـــونـــه اســـت و ايـــن كـــار هــم امـكــان‌پــذيــر اســت و تــولـيــد نـانـو ابـزارهـا طـي سـال‌هـاي اخيـر رو بـه رشـد بـوده اسـت. تـوليد الـمــاس گــونــه‌هــا مــرحـلــه بــه مــرحلـه در حـال پـيشرفت است و براي حركت به سمت توليد ربـات‌هـا در ابـعـادي قابل مقايسه با باكتري‌ها، لازم است دركي از اين زمينه وجود داشته باشد. به عنوان مثال، چند ماه قبل، اولين ربات متحرك سـاخـتـه شـد كـه مـيـتـوانست تا ابعاد 60 در 250 ميكرون را اندازه بگيرد.

در ايـن مـقـياس، مي‌توان پيش‌بيني نمود كه ابـعـاد ربـات‌هـايـي كـه در سـال‌هـاي آيـنده پديد ميآيند به سرعت به 100 ميكرون و بعد از آن 50 ميكرون و همين طور كاهش مي‌يابند. هم‌اكنون نمونهِ اوليهِ وسيلهِ 90 نانومتري Intel، يك 52 SRAM مـگابيتي كاملا كاربردي توليد كرده كه طول پايهِ ترانزيستور آن 50 نانو متر است و ابعاد سـلـول SRAMآن تـنـهـا حدود 1 يا تقريباً نصف اندازهِ سلول اغلب SRAMهاي پيشرفتهِ امروزي است.

تـا سال 2016، ICهاي با عملكرد بالا حاوي بـيـش از 8/8 مـيـليارد ترانزيستور، در فضايي به مـساحت 280 ميلي متر مربع خواهند بود. اين رقم بيش از 25 برابر تعداد ترانزيستورهايي است كه روي تراشه‌هاي امروزي با ابعاد 130 نانو متر قـــرار دارد. امـــا از آنــجــا كــه درون بــدن انـســان رگ‌هاي كوچكي به قطر 30 تا 60 ميكرون وجود دارد، مـي‌تـوان پـيدايش اولين نانوربات طي ده سال آينده را كاملا طبيعي دانست.




فناوري‌نانو در خدمت پزشكي
در واقـع تـاكنـون نـانوابزارهاي كاملا كاربردي بسياري مانند موتورها، حسگرها، محاسبه‌گرهاي زيست مولكولي و نانوترانزيستورها ساخته شده است. اما در حال حاضر عمده‌ترين چالش، مجتمع‌سازي چندين بخش مجزا از اين نانوابزارها روي يك نانوربات قابل كنترل است. در اين راه، شبيه‌سازي‌هاي نظري به عنوان ابزاري مفيد و ارزشمند براي مجتمع‌سازي سيستم و آزمايش‌پذير شدن آن به شمار ميآيد.

به هر حال، اطمينان از دستيابي به كنترل مناسب بر چنين نانوماشين‌هايي يكي از موضوعات بحث‌انگيز در راه محقق شدن نانوربات‌ها است و در واقع مي‌توان از طريق روش‌هـاي نـانومكاترونيك )nanomechatronics( به ارزيابي و محاسبه آن پرداخت. استفاده از نانوربات‌ها در انسان پس از انجام صدها آزمايش با تمام جزئيات از ابتدا روي موش‌هاي آزمايشگاهي ممكن خواهد شد. در واقع، اين روند طولاني آزمايشگاهي، براي هر فناوري زيست پزشكي جديدي انجام مي‌شود. مانند فناوري نانوپوسته‌ها كه با موفقيت روي موش‌هاي آزمايشگاهي براي مبارزه با سرطان به كار گرفته شد.

استفاده از اين نانوپوسته‌ها نتيجهِ پيشرفت‌هاي به دست آمده در فناوري نانو است و بـه عنـوان يك روش درماني- دارويي نتايج مثبت و اميدواركنندهاي داشته است. با پيشرفت بيشتر در حركت به سمت نانوربات‌ها، مي‌توان به نتايج مؤثرتر ديگري در زمينهِ مراقبت‌هاي بهداشتي اميدوار بود.




نانوربات در بدن انسان
بـــراي رســيـــدن بـــه بــيـشـتــريــن كــارايــي يــك ‌نانوربات در بدن انسان، نانوربات‌ها در حالت ايدهآل نبايد قطري بزرگتر از 3 ميكرون داشته بــاشـنــد. ايــن نــانـــوربــات بــايــد داراي مـبــدل‌هـا (transducers) و مــحـــــرك‌هـــــا (actuator)هــــاي كـارآمـد بـا هـزينـه مصرفي كم بوده و بتوانند به محـض قـرار گـرفتـن درون بـدن انسـان بـه طور موثري با محيط پيرامون خود تعامل كنند.

بــراي پــاســخ‌دهــي مـؤثـر در زمـان واقعـي بـه مـحيط، در اين نانوربات بايد سيستم مجتمعي تـعـبيه شده باشد. به همين دليل انتظار مي‌رود هنگام نياز به چنين پاسخ‌هاي حركتي با استفاده از مـوتورهايي براي كشش ربات حركت‌هاي كـنـتـرلـي لازم را فـراهم كرد كاري كه با برخي دخـــالـــت‌هـــاي زيـســت پــزشـكــي قــابــل انـجــام است.كنترل نانورباتي مبتني بر حسگرها را هم مي‌توان با استفاده از نانوحسگرهاي حرارتي يا شيميايي انجام داد.
تحقيقات در زمينه نانو ربات هايي كه مجهز به حـسـگـرهاي زيستي و دارويي باشند در سطح گسترده اي در حال انجام است.



http://old.iranbmemag.com

[yas-90]

ربات به این کوچکی،‌کارها به این بزرگی




نویسنده : فاطمه مهندسی، پروفسور محرم حبیب نژاد کورایم

http://vchmedical.ajums.ac.ir



نانوتکنولوژی در مهندسی پزشکی ، تحولی در درمان بیماری هایی مانند سرطان ، بیماری های قلبی-عروقی ، بیماری های اعصاب ، عفونت و بیماری های دیگر ایجاد کرده است. نانوتکنولوژی باعث به وجود آمدن ابزار کوچک ، سریع و ارزان با عملکرد های جدید شده است . تحولات نانوتکنولوژی در علوم مختلف، سنسور ها ، کامپیوتر ها باعث ظهور نانو و میکرو ربات ها شده است. میکرو و نانو ربات ها از یک سو با حجم زیادی از اطلاعات سر و کار دارند و از سوی دیگر از طریق سنسور ها و عملگرها با جهان فیزیکی در ارتباط هستند .



نانورباتیک
نانورباتیک علم جدیدی است که شامل طراحی ، ساخت و برنامه نویسی نانو ربات است. نانورباتیک در ارتباط با موارد زیر کاربرد دارد:


1- ساخت ربات هایی با ابعاد نانو یا ساخت میکرو ربات هایی که از اجزای نانومتر یک تشکیل شده اند
2- برنامه نویسی ربات ها
3- جابجایی ذرات نانومتریک و اسمبل کردن این ذرات



حیطه کاری نانو ربات ها درون بدن انسان است و می توانند مقدار ترکیبات مختلف را در بدن نشان داده و اطلاعات را در حافظه داخلی خود ذخیره کنند. نانو ربات ها قادر به معاینه یک بافت خاص بوده و خصوصیات بیوشیمیایی و بیومکانیک را با جزئیات کامل بررسی می کنند و به طور کلی شناسایی محیط بیولوژیک را به راحتی انجام می دهند. قابلیت های مطلوبی که یک نانو ربات باید داشته باشد عبارتند از :



تجمع هوشمند
هوشمند بودن نانو ربات ها در جمع شدن در یک محل خاص برای انجام عملیات پزشکی و اینکه پس از اتمام ماموریت،در صورت لزوم، پراکنده شوند .




رفتار های مشارکتی و همکاری
یعنی همکاری نانو ربات ها و هماهنگ عمل کردن آنها در ماموریت ها ، گاهی عملکرد دسته جمعی نانو ربات نتیجه بهتری دارد .



خود ترمیمی نانو ربات ها
برخی نانو ربات ها باید قادر باشند که به طور اتوماتیک خودشان را اسمبل کرده یا همانند موجودات تک سلولی تکثیر یابند و نیز در صورت صدمه دیدن بتوانند خودشان را تعمیر کنند .



برنامه ریزی و پردازش اطلاعات
پردازش اطلاعات جمع آوری شده از محیط بیولوژیک و برنامه نویسی کردن برای نانو ربات ها از اهمیت ویژه ای برخوردار است .
از نظر عملکردی نانو ربات ها به دو دسته تقسیم می شوند :

1- ربات های خودمختار: هر کدام از نانو ربات های این دسته به طور جداگانه دارای یک نانو کامپیوتر است که نانو ربات را کنترل کرده و باعث می شود که نانو ربات مستقل عمل کند .
2- ربات های Insect : این نوع ربات ها در یک ناوگان نانورباتیک قرار دارند که همگی تحت یک کامپیوتر مرکزی کنترل می شوند .



نانو ربات های پزشکی
انتظار می رود که بیشتر نانو ربات های اولیه پزشکی برای تشخیص بیماری و ترمیم ضایعات و عفونت ها به کار روند. این طراحی شامل سیستم مویرگی نیز می شود. حد اکثر قطر مویرگ ها 20 میکرون است و قطر متوسط آنها 8 میکرون است. طراحی نانو ربات های پزشکی باید به گونه ای باشد که این اندازه ها را در بر گیرد ، زیرا سلول های خونی باید از این دیواره ها عبور کنند. سلول های خون انعطاف پذیر هستند در حالی که نانوربات ها به این صورت نیستند لذا باید به سلول ها بچسبند. ماده اولیه ای که نانو ربات های پزشکی از آن ساخته می شوند عموما کربن است که می تواند در اشکال و فرم های مختلف وجود داشته باشد. طبیعت الگوی مناسبی برای ساخت نانو ربات است.لذا برای ساخت نانو ربات از مواد طبیعی موجود مثل DNA ، پروتئین و رشته های پپتید استفاده می شود. به این نوع ربات ها بیو-نانو ربات اطلاق می شود. به طور کلی nano device هایی که در پزشکی کاربرد دارند ،جایگزین مناسبی برای سلول های بیمار یا نا مناسب است .



منابع انرژی برای نانو ربات ها
مؤثر ترین روش برای این که نانو ربات ها مدام در حال حرکت و فعالیت باشند(در هر محیطی نه صرفا محیط بیولوژیک)،ایجاد منابعی از انرژی است که از محیطی که نانو ربات در آن مشغول به کار است فراهم شود. انرژی جنبشی سیال،اشعه های الکترومغناطیسی که از نور ساطع می شوند گزینه های مناسبی برای منبع انرژی هستند، که این اشعه ها برای فضای کاری باز مورد استفاده قرار می گیرند. همچنین استفاده از تغییرات دمایی یا کم و زیاد شدن نور نیز گزینه مناسبی هستند. اما برای یک فضای کاری گسترده انرژی تولید شده از ارتعاش مناسب تر خواهد بود که در محیط های مختلف از جمله محیط بیولوژیک می توان از آن استفاده کرد .



مزایا و مشکلات نانورباتیک
به طور کلی در ساخت نانو ربات دو مسئله مهم وجود دارند. اولا شبیه سازی و طراحی بر اساس ربات های ماکرو که شامل نیروی محرکه،برقراری ارتباط و جهت یابی است و ثانیا اسمبل کردن قطعات نانو ربات. تحقیقات در زمینه نانورباتیک جنبه تئوری داشته و تا کنون نانو ربات مصنوعی غیر بیولوژیک ساخته نشده است. اما از نظر تئوری مزایا و مشکلاتی مورد توجه واقع شده اند که عبارتند از :

1- با دوام بودن نانو ربات ، که از نظر تئوری سال ها دوام دارند .
2- زمان عملکرد آنها بسیار کم است،زیرا جابجایی آنها محدود بوده و اتفاقات بیولوژیک با همان سرعت رخ می دهند اما در زمان کمتر .
3- احتمال می رود که نانو ربات ها به دلیل اندازه کوچک ،از سوی بدن به عنوان عوامل بیماری زا شناسایی نشوند .
4- اندازه کوچک ، محدودیت هایی ایجاد می کند به این دلیل که اندازه های فوق العاده کوچک امکان عبور نانو ربات از هر ساختار نا مشخص و ناخواسته را می دهد بدون اینکه هدایت یا متوقف شود .



اجزای نانو ربات بنا به نوع کاربری نانوربات اجزای آن تغییر می کنند اما اجزای بیان شده در این قسمت، اجزای اصلی نانو ربات ها هستند که در هر نانوربات صرف نظر از نوع کاربرد وجود دارند .



نانوسنسورها
نسل جدید سنسور ها،در مقیاس نانو، به سه دسته تقسیم می شوند :
1- سنسورهای فیبر نوري ) اپتیکی (
2- سنسورهای مکانیکی
3- سنسورهای الکترونیکی



نانو سنسورهای اپتیکی از این نانوسنسورها برای مطالعه متابولیسم در سلول های زنده استفاده می شود. پروب های فیبر نوری سر بسیار نازکی دارند (500-20 نانومتر) . هنگامی که نور به این فیبر تابیده می شود ، این سر نازک میدان ناپایداری تولید می کند.زیرا قطر این سر فیبر از طول موج نور کمتر است.وضوح تصویر با این پروب ها بسیار زیاد است. به دلیل این که این میدان ناپایدار حجم کوچکی از اطراف خود را تحریک می کند .



نانوسنسورهای مکانیکی
در مقیاس نانو پیوندهایی قوی بین ساختار ها با خواص مکانیکی یا الکترونیکی یا شیمیایی وجود دارد که ساخت وسائل نانومتریک بسیار حساس به محیط و مواد شیمیایی را امکان پذیر می سازد. به وسیله این حساسیت بسیار بالا تغییر شکل های مکانیکی و سیگنال های گرمایی وآکوستیک قابل تشخیص هستند. شکل های زیر نانولوله های تحت بارگذاری ها را نشان می دهند. فشار محوری و کشش و خمش در این نانو لوله ها تغییرات زیادی در خواص الکتریکی ماده ایجاد می کنند .

یک مدل از نانوسنسورهای مکانیکی-شیمیایی نانواهرم ها هستند. ایده اصلی این نانوسنسور ها این است که یک ماده بیولوژیک به اهرم متصل شود. این اتصال باعث تغییر فرم در اهرم می شود که می تواند تغییر در جرم یا تغییر در تنش سطح اهرم باشد. از این تغییرات برای حس کردن می توان استفاده کرد. یک طرف اهرم با یک پوشش حس کننده یا ملکول های گیرنده پوشانده می شود.هنگامی که این اهرم در معرض محلول یا محیط خاصی قرار بگیرد، ملکول های مشخص یا هدف به آن می چسبند،که با این اتصال سطح انرژی اهرم تغییر کرده ،تغییر طول در اهرم ایجاد می کند .


نانومحرک ها
عملکرد این المان در مقیاس ملکولی ایجاد حرکت، نیرو، سیگنال یا ذخیره کردن اطلاعات است. این ماشین ها انرژی ذخیره شده الکتریکی را به حرکت مکانیکی تبدیل می کنند. این تبدیل به دلیل وجود ارتباطات قوی بین ساختار ها است.به طور کلی کنترل حرکات مکانیکی در مقیاس ملکولی یکی از اهداف اصلی نانوتکنولوژی است.ماشین های ملکولی بسیار مورد توجه هستند زیرا :

1- بازده بسیار بالا یی دارند .
2- به دلیل خاصیت خود ترمیمی برای استفاده به تعداد انبوه قیمت مناسبی خواهند داشت .
3- به طور طبیعی در بدن وجود دارند .



نانومانیپیولیتور
نانومانیپیولیتور سیستمی است که به کمک آن و سیستم های بصری ، می توان ملکول ها و ذرات نانومتر یک را لمس، مشاهده و جابجا کرد .





کاربرد نانورباتیک در پزشکی

نانومدیسین
نانومدیسین در واقع استفاده از نانوتکنولوژی در درمان،تشخیص و کنترل سیستم های بیولوژیک است،که شامل شناسایی هدف مربوطه و انتخاب حامل های مناسب برای دست یابی به پاسخ های مناسب و حداقل ساختن اثرات جانبی داروها است. در زمینه نانومدیسین، نیازی به تغییر دادن ترکیبات دارویی نبوده و فقط طریقه حمل آن باید تغییر کند. این سیستم دارای یک حامل است که دارو توسط آن قسمت حمل می شود. مشخصه مهم یک سیستم دارو رسان مؤثر، توانایی برای انجام انتقال هدف دار و کنترل شده دارو است. برای این منظور داروها باید باسرعت مناسبی آزاد شوند. آزاد شدن سریع دارو باعث عدم جذب مناسب و اثرات جانبی دیگر دارد. به علاوه باید توجه داشت که دارو هنگام حمل تجزیه نشود، برای همین داروها را باید در محفظه هایی(کپسول هایی)قرار داد. ماده حامل دارو باید با دارو سازگار بوده تا دارو به راحتی با آن پیوند برقرار کند .



نانو جراحی
روش های جراحی کلاسیک به صورت ماکرو هستند؛ اما بعضی از جراحی های خاص مثل جراحی چشم نیازمند وسایل و ابزار ظریف تر و کوچک تر شدند. لذا میکرو جراحی ظهور کرد. در چند سال اخیر کوچک سازی،پیشرفت های زیادی در جراحی ایجاد کرده است.اولین مزیت نانوجراحی کاهش شوک ها و زخم های ناشی از جراحی کلاسیک است. همچنین شکاف و برش در نانوجراحی وجود ندارند. همین مسائل باعث بهبودی سریع تر بیمار می شود. جراحی های معمولی سنگین و طاقت فرسا هستند؛ هم برای بیمار و هم برای جراح از یک طرف بیمار دچار ترس و دلهره، دردهای متعدد و زمان بهبودی طولانی شده و از طرف دیگر جراح به تمرکز، برای مدت طولانی احتیاج دارد تا جراحی را کامل و دقیق انجام دهد. اشتباهات جراح که ناشی از خستگی و دید کم هستند اجتناب نا پذیرهستند. در نانوجراحی،جراح از دسته هایی برای فرمان استفاده می کند تا بازوهای نانو ربات را که مجهز به ابزار جراحی کوچک هستند کنترل کرده و به محل مورد نظر برساند. بازوی دیگر نانو ربات دوربینی حمل می کند که جراح می تواند محیط درون بدن را مشاهده کند .




معرفی دو مدل از میکرو- نانو ربات های ساخته شده:ربات پرنده
ساختن بال هایی برای نانو ربات نه تنها تحولی در نوع حرکت نانو ربات است، بلکه کاربرد آن را وسیع تر می سازد . حشرات می توانند با حمل باری در حدود وزن بدنشان پرواز کنند و حداکثر شتابی که به آنها می رسد 10 متر بر مجذور ثانیه است. علی رغم این که این ربات ها برای پرواز به هوا نیازمندند، اما قادر به حرکت در مکان های غیرقابل عبور برای ربات های پا دار نیزهستند .
این ربات در مقیاس میکرون هستند و از قوانین آیرودینامیک برای طراحی آنها استفاده شده است .


ربات خزنده
استفاده از این نانو ربات ها علاوه بر اطمینان در سلامتی افراد باعث کاهش هزینه های عمل جراحی نیز می شود. این نانو ربات ها فضاهای کاری دارند که ابزار معمولی قادر به رسیدن به آنها نیستند. سه عامل در این طراحی باید مد نظر قرار بگیرند :


1- سطح اتصال حداکثر شود .
2- برای افزایش نیروی اتصال، باری بین سطح عمودی و ربات برقرار شود .

3- اعمال نیروی جدا کننده در مرحله جدایی


نانوتکنولوژی پیشرفت های زیادی در عرصه های مختلف علوم ایجاد کرده است. در زمینه سلامت و درمان نیز تحولات شگرفی ایجاد خواهد کرد. استفاده از نانو ربات ها یا بیونانوربات ها برای دارو رسانی، از اثرات جانبی دارو ها کم کرده و عمل درمان سریع تر انجام خواهد گرفت؛ زیرا فقط بافت بیمار تحت دارو رسانی قرار می گیرد. با نانو ربات های جراح نیز جراحی ها راحت تر انجام خواهند شد. این ربات ها می توانند به نقاطی از بدن بروند که انسان و ابزار معمولی قادر به دسترسی به آنها را ندارند. خستگی و ناشی بودن جراح همیشه مشکلات فراوانی برای بیماران ایجاد می کند؛که با نانوجراحی این مشکلات از بین می رود؛ علاوه بر این، از استرس و دلهره بیماران پیش از عمل نیز کاسته می شود. اما مشکلاتی نیز در این زمینه وجود دارند. اولین مسئله ساخت مواد نانو مقیاس است که هنوز در مراحل اولیه به سر می برد. مشکل دیگری که در این ارتباط وجود دارد این است که این مسئله هنوز مشخص نیست که برخورد بدن در برابر ورود نانو ربات ها به بدن چگونه خواهد بود. آیا بدن آنها را به عنوان عوامل تهاجمی شناسایی خواهد کرد یا خیر؟ و این که آیا این مواد سمی هستند و در بدن تولید سم و مواد حساسیت زا می کنند؟ پاسخ این گونه سؤالات هنوز برای بشر مبهم است،اما احتمال می رود که حداکثر تا 10 سال آینده از این تکنولوژی برای درمان و تشخیص زود هنگام بیماری،که مهم تر از عمل درمان است، استفاده شود.