Μοριακή ρομποτική: Αυτά τα μικροσκοπικά ρομπότ μπορούν να κάνουν σχεδόν τα πάντα

• Συγγραφέας:
• όνομα συγγραφέα

  Quantumrun Foresight
• Νοέμβριος 30, 2023

Περίληψη Insight

Η μοριακή ρομποτική, ένα διεπιστημονικό εγχείρημα στο πλέγμα της ρομποτικής, της μοριακής βιολογίας και της νανοτεχνολογίας, με αιχμή του δόρατος το Ινστιτούτο Wyss του Χάρβαρντ, προωθεί τον προγραμματισμό των κλώνων DNA σε ρομπότ ικανά να εκτελούν περίπλοκες εργασίες σε μοριακό επίπεδο. Αξιοποιώντας τη γονιδιακή επεξεργασία CRISPR, αυτά τα ρομπότ θα μπορούσαν να φέρουν επανάσταση στην ανάπτυξη και τη διάγνωση φαρμάκων, με οντότητες όπως η Ultivue και η NuProbe να πρωτοστατούν σε εμπορικές επιδρομές. Ενώ οι ερευνητές εξερευνούν σμήνη ρομπότ DNA για πολύπλοκες εργασίες, παρόμοιες με αποικίες εντόμων, οι εφαρμογές του πραγματικού κόσμου είναι ακόμα στον ορίζοντα, υπόσχονται απαράμιλλη ακρίβεια στην παράδοση φαρμάκων, όφελος για την έρευνα στη νανοτεχνολογία και τη δυνατότητα κατασκευής μοριακών υλικών σε διάφορες βιομηχανίες .

Μοριακή ρομποτική πλαίσιο

Οι ερευνητές στο Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering του Πανεπιστημίου Χάρβαρντ ενδιαφέρθηκαν για τις άλλες πιθανές περιπτώσεις χρήσης του DNA, το οποίο μπορεί να συναρμολογηθεί σε διαφορετικά σχήματα, μεγέθη και λειτουργία. Δοκίμασαν ρομποτική. Αυτή η ανακάλυψη έγινε δυνατή επειδή το DNA και τα ρομπότ μοιράζονται ένα πράγμα - την ικανότητα να προγραμματίζονται για έναν συγκεκριμένο στόχο. Στην περίπτωση των ρομπότ, μπορούν να χειριστούν μέσω δυαδικού κώδικα υπολογιστή, και στην περίπτωση του DNA, με αλληλουχίες νουκλεοτιδίων. Το 2016, το Ινστιτούτο δημιούργησε την Molecular Robotics Initiative, η οποία συγκέντρωσε ειδικούς της ρομποτικής, της μοριακής βιολογίας και της νανοτεχνολογίας. Οι επιστήμονες ενθουσιάστηκαν με τη σχετική ανεξαρτησία και ευελιξία των μορίων, τα οποία μπορούν να αυτοσυναρμολογηθούν και να αντιδράσουν σε πραγματικό χρόνο στο περιβάλλον. Αυτό το χαρακτηριστικό σημαίνει ότι αυτά τα προγραμματιζόμενα μόρια μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τη δημιουργία συσκευών νανοκλίμακας που μπορούν να έχουν θήκες χρήσης σε διαφορετικούς κλάδους.

Η μοριακή ρομποτική ενεργοποιείται από τις πιο πρόσφατες ανακαλύψεις στη γενετική έρευνα, ιδιαίτερα το εργαλείο επεξεργασίας γονιδίων CRISPR (ομαδοποιημένες τακτικά διακεκομμένες σύντομες παλινδρομικές επαναλήψεις). Αυτό το εργαλείο μπορεί να διαβάσει, να επεξεργαστεί και να κόψει κλώνους DNA ανάλογα με τις ανάγκες. Με αυτήν την τεχνολογία, τα μόρια του DNA μπορούν να μετατραπούν σε ακόμη πιο ακριβή σχήματα και χαρακτηριστικά, συμπεριλαμβανομένων βιολογικών κυκλωμάτων που μπορούν να ανιχνεύσουν οποιαδήποτε πιθανή ασθένεια σε ένα κύτταρο και να το σκοτώσουν αυτόματα ή να το εμποδίσουν να γίνει καρκινικό. Αυτή η δυνατότητα σημαίνει ότι τα μοριακά ρομπότ μπορούν να φέρουν επανάσταση στην ανάπτυξη φαρμάκων, τις διαγνώσεις και τη θεραπεία. Το Wyss Institute σημειώνει απίστευτη πρόοδο με αυτό το έργο, ιδρύοντας ήδη δύο εμπορικές εταιρείες: την Ultivue για απεικόνιση ιστού υψηλής ακρίβειας και τη NuProbe για τη διάγνωση νουκλεϊκών οξέων.

Αποδιοργανωτικός αντίκτυπος

Ένα από τα σημαντικότερα πλεονεκτήματα της μοριακής ρομποτικής είναι ότι αυτές οι μικροσκοπικές συσκευές μπορούν να αλληλεπιδρούν μεταξύ τους για να επιτύχουν πιο σύνθετους στόχους. Λαμβάνοντας συνθήματα από αποικίες εντόμων όπως μυρμήγκια και μέλισσες, οι ερευνητές εργάζονται για την ανάπτυξη σμηνών ρομπότ που μπορούν να σχηματίσουν περίπλοκα σχήματα και να ολοκληρώσουν εργασίες επικοινωνώντας μεταξύ τους μέσω υπέρυθρου φωτός. Αυτός ο τύπος υβριδίου νανοτεχνολογίας, όπου τα όρια του DNA μπορούν να αυξηθούν με την υπολογιστική ισχύ των ρομπότ, θα μπορούσε να έχει πολλές εφαρμογές, συμπεριλαμβανομένης της αποτελεσματικότερης αποθήκευσης δεδομένων που μπορεί να οδηγήσει σε χαμηλότερες εκπομπές άνθρακα.

Τον Ιούλιο του 2022, φοιτητές από το Πανεπιστήμιο Emory με έδρα τη Τζόρτζια δημιούργησαν μοριακά ρομπότ με κινητήρες βασισμένους στο DNA που μπορούν να κινηθούν σκόπιμα σε μια συγκεκριμένη κατεύθυνση. Οι κινητήρες ήταν σε θέση να αντιληφθούν χημικές αλλαγές στο περιβάλλον τους και να ξέρουν πότε να σταματήσουν να κινούνται ή να βαθμονομήσουν εκ νέου την κατεύθυνση. Οι ερευνητές είπαν ότι αυτή η ανακάλυψη είναι ένα μεγάλο βήμα προς τις ιατρικές δοκιμές και τα διαγνωστικά, επειδή τα μοριακά ρομπότ σμήνος μπορούν πλέον να επικοινωνούν κινητήρα με κινητήρα. Αυτή η εξέλιξη σημαίνει επίσης ότι αυτά τα σμήνη μπορούν να βοηθήσουν στον έλεγχο χρόνιων ασθενειών όπως ο διαβήτης ή η υπέρταση. Ωστόσο, ενώ η έρευνα σε αυτόν τον τομέα έχει αποφέρει κάποια πρόοδο, οι περισσότεροι επιστήμονες συμφωνούν ότι μεγάλης κλίμακας, πραγματικές εφαρμογές αυτών των μικροσκοπικών ρομπότ απέχουν ακόμη χρόνια.

Επιπτώσεις της μοριακής ρομποτικής

Οι ευρύτερες επιπτώσεις της μοριακής ρομποτικής μπορεί να περιλαμβάνουν: 

• Πιο ακριβής έρευνα για ανθρώπινα κύτταρα, συμπεριλαμβανομένης της δυνατότητας παράδοσης φαρμάκων σε συγκεκριμένα κύτταρα.
• Αυξημένες επενδύσεις στην έρευνα της νανοτεχνολογίας, ιδιαίτερα από παρόχους υγειονομικής περίθαλψης και μεγάλα φαρμακεία.
• Ο βιομηχανικός τομέας είναι σε θέση να κατασκευάζει σύνθετα εξαρτήματα μηχανημάτων και προμήθειες χρησιμοποιώντας ένα σμήνος μοριακών ρομπότ.
• Αυξημένη ανακάλυψη υλικών μοριακής βάσης που μπορούν να εφαρμοστούν σε οτιδήποτε, από ρούχα μέχρι κατασκευαστικά μέρη.
• Νανορομπότ που μπορούν να προγραμματιστούν ώστε να αλλάζουν τα συστατικά τους και την οξύτητά τους, ανάλογα με το αν θα απαιτηθούν να εργαστούν σε οργανισμούς ή εκτός, καθιστώντας τους εργαζομένους εξαιρετικά αποδοτικούς και ευέλικτους.

Ερωτήσεις για σχολιασμό

• Ποια είναι άλλα πιθανά οφέλη των μοριακών ρομπότ στη βιομηχανία;
• Ποια είναι άλλα πιθανά οφέλη των μοριακών ρομπότ στη βιολογία και την υγειονομική περίθαλψη;