ננורובוטיקה

ננורובוטיקה (באנגלית: Nanorobotics) הוא תחום טכנולוגי מתפתח העוסק ביצירת מכונות או רובוטים, שגודל מרכיביהם מספר ננומטרים (‎10^-9‎ מטרים). ננורובוטיקה שייכת להנדסת ננוטכנולוגיה, בתחום של עיצוב ובניית ננו-רובוטים, עם מכונות באורך של 0.1-10 מיקרומטר שבנויות מרכיבים ננומטריים או מולקולריים.

הגדרה נוספת לננו-רובוט היא רובוט המאפשר דיוק אינטראקציות עם עצמים בקנה מידה ננומטרי, או יכול לתמרן עם רזולוציה ננומטרית. מכשירים אלה מיועדים לבצע סריקות ובדיקות מיקרוסקופיות, ואינם בהכרח בסדר גודל ננומטרי, כמו מכונה מולקולרית. על פי הגדרה זו, מנגנון גדול כמו מיקרוסקופ כוח אטומי יכול להיחשב מכשיר ננורובוטי, כיוון שהוא מסוגל לבצע פעולות ננומטריות. לכן מיקרו-רובוטים המסוגלים להעביר נתונים מדויקים בסקלות ננומטריות, יכולים להחשב גם כן לננו-רובוטים.

נכון לשנת 2012 כמה מכונות מולקולריות נבדקו ומנוצלות ליישומים שונים, אם כי מרבית המכונות מצויות בשלב המחקר והפיתוח. דוגמה לכך היא חיישן בעל מתג שרוחבו כ-1.5 ננומטר, המסוגל לספור מולקולות ספציפיות מדגמים כימיים. פיתוח מתקדם שלו יהיה חיישן המסוגל למפות DNA שלם של אדם בתוך שעות ספורות. מכונות ננומטריות עתידיות רבות נועדות לשימוש בתחום הטכנולוגיה הרפואית, במטרה לזהות ולהשמיד תאים סרטניים. יישום פוטנציאלי נוסף הוא איתור של כימיקלים רעילים, ומדידת הריכוז שלהם בסביבה.

גישות

צ'יפים ביולוגיים

השימוש במשותף בין ננו-אלקטרוניקה, פוטוליתוגרפיה וביו-חומרים חדשים מאפשר גישה חדשה ליצירת ננורובוטים לצרכים שימושיים ברפואה, כמו יצירת מיכשור לניתוחים, איבחון ומשלוח של תרופות. שיטה זו של ייצור בתחום הננו-טכנולוגיה נמצאת בשימוש בתעשיות האלקטרוניקה. חלק מהננורובוטים ישתלבו כמכשירים ננואלקטרוניים שיאפשרו הפעלה מרוחקת ואופציות חדשות בתעשיית הרפואה.

נו-בוטים

נו-בוטים הם 'רובוטי חומצות גרעין', שהם מכונות אורגניות מולקולריות בגודל ננומטרי. מבנה הדנ"א מסוגל לאפשר אמצעים ליצירת מכשור ננומכני דו-ממדי ותלת-ממדי. מכשירים המבוססים על דנ"א יכולים לפעול על ידי שימוש במולקולות קטנות, על ידי חלבונים ומולקולות דנ"א אחרות. המחזור הביולוגי מבוסס על חומרי דנ"א שהונדסו (תוכננו) כמו מכונות מולקולריות כדי לאפשר משלוח תרופות לבעיות ממוקדות בגוף. מערכות אלו יעבדו צמוד לביו-חומרים המיועדים למערכת העברת תרופות, מערכת כזו שלא תאפשר דיוק בתוך vivo כמו אבטיפוסים מהונדסים. ^{[דרושה הבהרה]}

אספת הננו 2000

אספת הננו 2000 היא שיתוף פעולה בתחום הננוטכנולוגיה, שיזמו רוברט פרייטאס וראלף מרקל בשנת 2000, בשיתוף עם עשרים ושלושה חוקרים מעשרה ארגונים וארבע מדינות שונות, שיתוף פעולה זה, מתמקד ביצירתה של תוכנית מחקר יישומית שתשים דגש על שליטת המיקום הספציפי של היהלומים בסינתזה המכנית, ומפעל ננומטרי היוצר מבנים דמויי יהלום בעל יכולות ליצור ננורובוטים רפואיים שמורכבים מחומרים דמויי יהלום (דמוי יהלום - הכוונה לחומר בעל קשרים קוולנטים סבוכים כמו של היהלום).

מבוססי חיידקים

גישה זו מציעה שימוש במיקרואורגניזים ביולוגים כמו החיידק Escherichia coli. כך שהמודל משתמש בשוטון כדי לנוע ובדרך כלל משתמשים בשדות אלקטרומגנטיים כדי לשלוט בתנועה שלו.

טכנולוגיה פתוחה

מסמך המציע גישות התפתחותיות בנושא הננוטכנולוגיה בשימוש "טכנולוגיה פתוחה" הוצג לעצרת הכללית של האומות המאוחדות. לפי מסמך זה, כמו ש"מקור פתוח" האיץ בשנים האחרונות את התפתחות של מערכות מחשב כך גם גישה דומה יכולה לתרום להתפתחות הננורובוטיקה. השימוש בננוביוטכנולוגיה צריך להיות מורשת לדורות הבאים ולהתפתח כטכנולוגיה פתוחה המבוססת שימוש אתי למטרות שוכנות שלום. "טכנולוגיה פתוחה" מוגדרת להיות אחד מהיסודות העיקרים להשגת מטרה זו.

יישומים אפשריים

ננו-תרופות

יש הרבה פוטנציאל בשימוש הננורובוטיקה ברפואה, שכולל אבחון מוקדם של מחלות, התמקדות שליחת תרופות לתאים סרטנים, שימוש במיכשור ביומכני לניתוחים, ניטור פרמקוקינטיקה על סוכרת וביטוח רפואי. בתוכניות שכאלו, הצפי של ננוטכנולוגיה רפואית עתיד להראות כך שיוזרקו ננורובוטים לתוך גוף חולה, ואלו יפעלו ברמה התאית. הננורובוטים בשימוש בתחום הרפואי לא יהיה בהם את היכולת לשכפל את עצמם משום שזה היה מעלה את המורכבות של המכשיר, מפחית את המהימנות, ומפריע בהשגת המטרה הרפואית. ננוטכנולוגיה מספקת מגוון רחב של טכנולוגיות חדשות לפיתוח פתרונות מותאמים אישית ליעילות אספקת מוצרים פרמצבטיים.

היום אחת מתופעות הלוואי בטיפולים כמו כימותרפיה היא שלא ניתן למקד את שליחת התרופה למיקום הספציפי של התאים הסרטניים. אך חוקרים באוניברסיטת הרוורד ובמכון הטכנולוגי של מסצ'וסטס הצליחו להצמיד גדילי רנ"א מיוחדים שגודלם לא עולה על עשרה ננומטרים בקוטר לננוחלקיקים ומילאו אותם עם התרופה הכימותרפית. אותם גדילי רנ"א נדבקים לתאים הסרטניים. ברגע שהננוחלקיק נפגש עם תא סרטני הוא נדבק אליו ומפריש בתוכו את התרופה הכימותרפית. הפעולה הממוקדת הזו של שליחת התרופה היא בעלת פוטנציאל רב בנושא הטיפול בחולי סרטן עם הימנעות מתופעות לוואי בחולה עצמו.

עוד יישום שימושי של הננורובוטיקה הוא סיוע בתיקון רקמות של תאים ביחד עם התאי דם הלבנים. הגיוס של תאים דלקתיים או תאי דם לבנים לאזור הנגוע, היא התגובה הראשונה שיש פציעה ברקמה (אשר כוללים נויטרופילים, לימפוציטים ומונוציטים). בשל גודלם הזעיר הננורובוטים נצמדים לדפנות התאי דם הלבנים ודוחסים את עצמם דרך דפנות כלי הדם ולהגיע למקום הפציעה. שם הם יכולים לסייע לתאי דם הלבנים בתהליך תיכון הרקמות, וע"י כך להאיץ את תהליך ההחלמה.

המדע מאחורי מנגנון זה הוא מורכב למדי. מעבר של תאים על פני האנדותליום בדם, תהליך המכונה הגירה, הוא מנגנון בו מעורבים מפגש בין רצפטורי שטח פני התא למולקולות הדבקה, מאמץ כוח פעיל והתרחבות של דפנות כלי ומתרחש העיוות הפיזי של התאים המהגרים. על ידי הצמדת את עצמם תאים דלקתיים מהגרים, הרובוטים יכולים למעשה "לתפוס טרמפ" על כלי הדם, תוך עקיפת הצורך במנגנון מורכב של הגירה.

כלכלת ננורובוטיקה

חברות ענק כמו "ג'נרל אלקטריק", "היולט פקארד" ו"נורת'רופ גרומן" עובדות על פיתוח ומחקר של ננורובוטים. מנתחים מציעים לעיתים רעיונות לדרכים לשימוש בננורובוטים בפרוצדורות רפואיות נפוצות. סוכנויות ממשלתיות השקיעו באוניברסיטאות ובמוסדות מחקר מעבר ל-2 מיליארד דולר למחקר פיתוח מכשירי ננו לרפואה. גם בנקים רבים באופן אסטרטגי החלו להשקיע בתחום הזה כדי לרכוש זכויות ותמלוגים על ננורובוטים בעתיד.

אחד הפנים של ננורובוטיקה הוא נושא המונופול בתחום. פטנטים רבים נרשמו על ננו-רובוטים, רובם על ידי סוכני פטנטים (חברות המתמחות בעיקר בייצור של טיוטות לפטנטים ולעורכי דין). קיים חשש שהתחום יהפוך למונופול שישלט על ידי תאגידי ענק, כפי שקרה עם המצאת הרדיו או מלחמת הזרמים.

עתידנות ננורובוטיקה ואזכורים בתרבות

• ננו-רובוטים הם בגודל מיקרוסקופי. על מנת שיוכלו לבצע משימות מיקרו/ומאקרו סקופיות ככל הנראה יש צורך להרבה ננו-רובוטים ולהפעילם במקביל.
• נחילי הננורובוטים - גם אלו שלא מסוגלים לשכפל את עצמם וגם אלו המסוגלים לשכפל את עצמם ללא מעצורים בטבע -נמצאים בהרבה סרטי מדע בדיוני, כמו ה"ננו-גששים של בורג" "במסע בין כוכבים: הסדרה המקורית" והפרק בסדרה 'The outer limis' שנקרא 'The new breed'.
• ננו-בוטים - בפתיח של סדרת האנימציה האמריקאית "פיניאס ופרב", נאמרת השורה "Creating Nano-bots" (בגרסה המתורגמת לעברית של הסדרה: לבנות רובוטים קטנטנים). שורה זו שונתה בגרסה המדובבת ונאמר במקומה "נמציא סתם מתקנים".

חלק מהתומכים בננורובוטים בתגובה לאופציה על התאוריה של העיסה האפורה שהם בכלל עזרו להפיץ, חושבים שננורובוטים שמסוגלים לשכפול עצמי מחוץ לכותלי סביבת מפעל תעשייתי לא תופסים חלק משמעותי בעניין היצרני של הננורובוטים, ושהתהליך של שכפול עצמי אם אי פעם היה נוצר הוא היה מיסודו לא מסוכן (בשונה מתאוריית העיסה האפורה). אותם האנשים טוענים שהתכוניות שלהם לייצור תוך שימוש בייצור מולקולארי לא כולל משכפלים עצמאיים.

התאוריות הכי מפורטות בנוגע לננורובוטים, כוללות עיצובים מדויקים כמו תחושה, כוח תקשורת, ניווט, מניפולציה, ניידות, ומיחשוב על כלי נייד, כל אלו הוצגו על ידי המאמר הרפואי הקרוי ננו-רפואה שהוצג על ידי רוברט פרייטאס. חלק מהדיונים נשארו ברמת החוסר אפשור לבנייה ובכלל לא מתקרבים לרמת התכנון המפורטת.

ראו גם

• שיגור תרופות
• מכונה מולקולרית
• ננו מנוע
• ננו-רכב

קישורים חיצוניים

• דוגמאות ליישומי ננורובוטיקה
• סקירה כללית רובוטיקה מולקולרית
• Nanorobotics - מרכז מידע ETHZ
• סקירה ננורובוטיקה - משרד האנרגיה של ארצות הברית, (סקירה של המחקר בתחום ננורובוטיקה)
• מיקרו-ננו מערכות
• ננורובוטיקה ויישומים ביולוגיים
• דר. משה נחמני, ‏התקדמות חשובה בפיתוח ננו-רובוטים רפואיים, באתר "הידען", 10 בנובמבר 2014