Comment ‘Molecular Lego’ ouvre la porte à la véritable nanotechnologie
Les robots sont cool. Des robots qui fonctionnent au niveau moléculaire ? Ceux-ci sont encore plus cool – il n’y a pas de limite à ce qu’ils peuvent accomplir.
Alors que la science a été fascinée par les incroyables petits blocs de construction du monde pendant des siècles, ce n’est que dans les années 1980 que la compréhension scientifique et les développements technologiques ont véritablement fait des nanosciences un domaine de recherche actif.
Nous avons l’habitude de penser que les robots impressionnants sont très grands ou très complexes, mais de nouveaux développements passionnants ont amené les nanorobots à redéfinir complètement de nombreux domaines de la science et de la technologie.
De quelle petite taille parle-t-on ?
La nanorobotique travaille avec des matériaux au niveau moléculaire ou plus petit, ce qui signifie que les nanorobots travaillent avec des atomes, des protéines, des molécules et des cellules individuels.
L’un des moyens les plus simples de comprendre pourquoi les nanosciences sont si importantes est de considérer tous ces atomes à l’échelle nanométrique comme des briques Lego.
Comme les briques LEGO, les atomes et les molécules peuvent être combinés d’innombrables façons pour créer n’importe quoi dans la nature, et cette capacité ouvre la porte à un impact sur tous les aspects de nos vies.
Si l’analogie LEGO ne fonctionne pas, les « microrobots » de Big Hero 6 sont un autre excellent moyen de conceptualiser les nanorobots – rappelez-vous, les nanorobots sont des millions de fois plus petits que les microrobots fictifs !
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Que font les nanorobots ?
La nanotechnologie nous a permis de fabriquer des matériaux plus solides et plus durables en manipulant les structures moléculaires, et a été le moteur de nombreuses technologies modernes, y compris les films plastiques qui composent les écrans d’ordinateurs portables ou de téléphones !
La recherche en nanorobotique a un objectif différent et ses applications sont plus intéressantes.
Les avancées récentes de la recherche ont créé des nanorobots capables d’effectuer des fonctions hautement spécialisées à l’échelle nanométrique. Certains nanorobots agissent comme des interrupteurs, d’autres agissent comme des pompes et d’autres encore agissent comme des moteurs qui propulsent les nanorobots dans l’espace et les liquides.
Ces machines moléculaires d’une simplicité trompeuse peuvent être utilisées pour créer des polypeptides personnalisés à partir d’acides aminés ; utiliser des réactions chimiques soigneusement programmées pour « traverser » des environnements qui sont trop petits ou hostiles pour d’autres mécanismes ; et agir comme un moyen de transporter des molécules clés d’un endroit à un autre chemin vers un endroit.
Les nombreuses applications des nanorobots ont redéfini la technologie, la médecine et les sciences de l’environnement – les nanorobots n’en sont vraiment qu’à leurs balbutiements si l’on considère tout ce qu’ils peuvent faire à l’avenir !
À quoi ressemble l’avenir des nanorobots ?
ordinateur nanorobot
Les commutateurs nanorobot sensibles à la lumière et à la chimie sont en développement depuis 1994, permettant aux créateurs d’influencer quand (ou non) ils remplissent leur fonction prévue.
Une autre excellente application pour les commutateurs ? Tâches informatiques de base.
Actuellement, les chercheurs travaillent à encoder des informations dans des nanorobots, tout comme dans les ordinateurs centraux. Les nanorobots sont déjà capables d’effectuer des tâches de stockage/récupération de mémoire à un niveau fondamental, mais dans un avenir proche, cette technologie sera utilisée pour créer des cellules de mémoire à haute densité capables de stocker une énorme quantité d’informations dans un espace physique extrêmement petit.
Traitement du cancer par nanorobot
La nanotechnologie change la médecine, et elle change rapidement. Les nanorobots offrent aux médecins la possibilité de traiter la maladie à sa source moléculaire, une opportunité inégalée par aucun médicament sur le marché.
Des commutateurs nanorobots sensibles à des longueurs d’onde spécifiques de la lumière sont envisagés pour le traitement du cancer. Un traitement potentiel est trop dangereux pour être utilisé sous sa forme actuelle car il ne peut pas distinguer les cellules cancéreuses des cellules non cancéreuses.
Borowiak et al. [Broken URL Removed] ont montré que des régions aussi petites que 10 micromètres de large pouvaient être ciblées avec une source lumineuse si un interrupteur nanorobotique photosensible était inclus dans le traitement. La lumière fait basculer le commutateur du nanorobot, activant le composé d’une manière qui élimine uniquement les cellules cancéreuses ciblées tout en laissant les cellules saines en vie. Mieux encore, si ces interrupteurs étaient réutilisables, cela pourrait réduire considérablement le nombre de procédures invasives auxquelles les personnes sous traitement contre le cancer doivent faire face !
Nanorobots, MD
Un autre potentiel médical passionnant repose en grande partie sur les moteurs de nanorobots, qui peuvent être contrôlés à distance pour administrer des médicaments à des endroits précis dans le corps. Ces moteurs sont généralement fabriqués en créant une réaction chimique qui propulse le robot à travers un liquide. Jusqu’à récemment, ces moteurs reposaient souvent sur des réactions chimiques dangereuses pour l’homme.
Les développements récents des moteurs de nanorobots par Gao et al les rendent encore plus sûrs ! De minuscules moteurs de nanorobot peuvent être fabriqués en faisant réagir le noyau de zinc d’un moteur de nanorobot tubulaire avec de l’acide gastrique – une réaction chimique sûre qui permet une administration rapide de médicaments à la paroi de l’estomac. Jusqu’à présent, la procédure n’a été testée que sur des rats, mais jusqu’à présent, les études sont prometteuses.
Des nanorobots magnétiques sont également en cours de développement, capables de délivrer rapidement (en quelques secondes !) des médicaments dans le sang à l’aide d’un champ magnétique (comme le montre la vidéo ci-dessous)
Nanorobots dans l’environnement
De nombreuses recherches sur les nanorobots se sont concentrées sur la réduction des processus, mais l’observation de leurs effets à une échelle macroscopique est tout aussi précieuse. Des centaines de milliers de minuscules nanorobots travaillant ensemble peuvent être notre seul espoir de sauver l’environnement.
Un grand nombre de recherches sur les nanotechnologies environnementales se sont concentrées sur la question de savoir si les nanorobots peuvent aider à remédier à la pollution. Dans des endroits comme la Chine, où la pollution a atteint des niveaux de crise, des nanorobots suffisamment légers pour décoller peuvent être capables de capturer des polluants à l’échelle nanométrique ou d’être déployés dans des usines qui génèrent des émissions pour arrêter la pollution à sa source.
De même, on espère que des nanorobots pourront être développés et libérés à grande échelle pour lutter contre les catastrophes telles que les marées noires. Grâce à des travaux récents enseignant aux nanorobots à agir collectivement, il est possible pour chaque moteur de nanorobot de traiter une seule molécule d’huile tout en travaillant en tandem avec tous les autres nanorobots libérés dans le même but.
Une dernière opportunité incroyable pour les nanotechnologies d’être présentées dans l’environnement naturel est leur potentiel à créer de l’eau potable propre. L’eau potable fraîche et sûre fait actuellement défaut dans de nombreuses régions de la planète – et les nanorobots pourraient être en mesure de résoudre ce problème. Il est tout à fait possible que les nanorobots puissent éliminer les bactéries et autres contaminants des sources d’eau insalubres, sauvant potentiellement un grand nombre de vies.
Il y a beaucoup d’emplois qui seront pris en charge par des robots, mais en ce qui concerne les travaux qui doivent être effectués dans l’environnement, les humains ne suffisent plus, alors c’est formidable de voir que tout le domaine peut être revigoré par la nanotechnologie !
Nanorobots en mouvement
Les scientifiques sont mes personnes préférées. Ils sont justes.
Des scientifiques du National Institute of Science and Technology (NIST) ont mis au point un nanorobot capable de jouer un match de football régulier en utilisant un grain de riz comme champ et une balle plus petite qu’un cheveu humain comme ballon. Contrôlés par des champs magnétiques ou des signaux électroniques, les nanorobots sont constitués de matériaux tels que l’aluminium, l’or et le silicium.
J’aimerais croire que c’est leur objectif ultime, mais la vérité est que des jeux comme celui-ci peuvent aider les scientifiques à mesurer les capacités des nanorobots (y compris l’agilité, la maniabilité et la réactivité) et à affiner leurs conceptions.
Quoi d’autre à l’horizon ?
L’un des aspects les plus passionnants de la nanotechnologie est que, en ce qui concerne la science, nous avons à peine touché à son potentiel depuis plus de trois décennies.
C’est encourageant, époustouflant… et un peu effrayant de penser à l’ampleur potentielle de l’impact que ces nanorobots pourraient avoir. Il y a beaucoup de sentiments anti-robots dans le monde, et cela s’étend certainement aux nanobots. Les détracteurs de la nanotechnologie expriment souvent leur inquiétude quant au fait que les nanorobots sont utilisés pour avoir un impact négatif sur la santé humaine et leur potentiel en tant qu’armes.
Bien que ces critiques soient valables, il est important de s’assurer que le pouvoir de la nanotechnologie est utilisé pour le bien et non pour le mal.
Dans ce cas, cependant, les avantages des nanorobots pour la santé humaine, la technologie, l’environnement et les mouvements microscopiques ne l’emporteraient-ils pas absolument sur les risques ?
Selon vous, quelles sont les utilisations les plus intéressantes des nanotechnologies ? Avez-vous des inquiétudes quant à son utilisation ?
Crédits image : Michael Knowles via Lego DNA via Flickr, Mirexon via Shutterstock.com ; ktsdesign via Shutterstock.com
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