Vad är nanorobotar?

Nanorobotar är teoretiska mikroskopiska enheter som mäts på nanometerskalan (1nm motsvarar en miljondel av 1 millimeter). När de var fullt realiserade från det hypotetiska stadiet, skulle de arbeta på atomär, molekylär och cellulär nivå för att utföra uppgifter inom både de medicinska och industriella områdena som hittills har varit science fiction.

Om några generationer från nu kan någon som diagnostiserats med cancer erbjudas ett nytt alternativ till kemoterapi, den traditionella behandlingen av strålning som dödar inte bara cancerceller utan även friska mänskliga celler, vilket orsakar håravfall, trötthet, illamående, depression och en mängd andra symtom. En läkare som utövar nanomedicin skulle erbjuda patienten en injektion av en speciell typ av nanorobot som skulle söka upp cancerceller och förstöra dem, skingra sjukdomen vid källan och lämna friska celler orörda. Omfattningen av svårigheterna för patienten skulle i huvudsak vara ett stick i armen. En person som genomgår en nanorobotbehandling kan förvänta sig att inte ha någon medvetenhet om de molekylära enheterna som arbetar inuti dem, annat än en snabb förbättring av deras hälsa.

Nanomedicinens nanorobotar är så små att de lätt kan korsa människokroppen. Forskare rapporterar att utsidan av en nanorobot sannolikt kommer att vara konstruerad av kolatomer i en diamantformad struktur på grund av dess inerta egenskaper och styrka. Supersläta ytor kommer att minska sannolikheten för att utlösa kroppens immunförsvar, vilket gör att nanorobotarna kan utföra sina affärer obehindrat. Glukos eller naturliga kroppssocker och syre kan vara en källa för framdrivning, och nanoroboten kommer att ha andra biokemiska eller molekylära delar beroende på dess uppgift.

Enligt nuvarande teorier kommer nanorobotar att ha åtminstone rudimentär tvåvägskommunikation; kommer att reagera på akustiska signaler; och kommer att kunna ta emot ström eller till och med omprogrammeringsinstruktioner från en extern källa via ljudvågor. Ett nätverk av speciella stationära nanorobotar kan vara strategiskt placerade i hela kroppen, logga varje aktiv nanorobot när den passerar och sedan rapportera dessa resultat, vilket tillåter ett gränssnitt för att hålla reda på alla enheter i kroppen. En läkare kunde inte bara övervaka en patients framsteg utan ändra instruktionerna från nanorobotarna in vivo för att gå vidare till ett annat stadium av läkning. När uppgiften är klar skulle nanorobotarna spolas bort från kroppen.

Molecular nanotechnology (MNT), paraplyvetenskapen för nanomedicin, föreställer sig nanorobotar tillverkade i nanofabriker som inte är större än den genomsnittliga skrivbordsskrivaren. Nanofabrikerna skulle använda verktyg i nanoskala som kan konstruera nanorobotar med exakta specifikationer. Design, form, storlek och typ av atomer, molekyler och datoriserade komponenter som ingår skulle vara uppgiftsspecifika. Råmaterialet för att tillverka nanorobotarna skulle vara nästan kostnadsfritt och processen praktiskt taget fri från föroreningar, vilket gör nanorobotarna till en extremt prisvärd och mycket attraktiv teknik.

Den första generationen av nanorobotar kommer sannolikt att utföra mycket enkla uppgifter och bli mer sofistikerade allt eftersom vetenskapen fortskrider. De kommer att styras inte bara genom begränsad designfunktionalitet utan också genom programmering och den tidigare nämnda akustiska signaleringen, som kan användas, framför allt, för att stänga av nanorobotarna.
Robert A. Freitas Jr., författare till Nanomedicine, ger oss ett exempel på en typ av medicinsk nanorobot som han har designat som skulle fungera som en röd blodkropp. Den består av kolatomer i ett diamantmönster för att skapa vad som i grunden är en liten, sfärisk trycksatt tank, med ”molekylära sorteringsrotorer” som täcker drygt en tredjedel av ytan. För att göra en grov analogi, skulle dessa molekyler agera som paddlarna på en flodbåt som griper syre- (O2) och koldioxid (CO2)-molekyler, som de sedan skulle passera in i nanorobotens inre struktur.

Hela nanoroboten som Freitas döpte till en respirocyt, består av 18 miljarder atomer och kan hålla upp till 9 miljarder O2- och CO2-molekyler, eller drygt 235 gånger kapaciteten hos en mänsklig röd blodkropp. Denna ökade kapacitet är möjlig på grund av att diamantstrukturen stöder högre tryck än en mänsklig cell. Sensorer på nanoroboten skulle trigga de molekylära rotorerna att antingen släppa ut gaser eller samla in dem, beroende på behoven hos de omgivande vävnaderna. En hälsosam dos av dessa nanorobotar som injiceras i en patient i lösning, förklarar Freitas, skulle tillåta någon att bekvämt sitta under vattnet nära avloppet från trädgårdspoolen i nästan fyra timmar, eller springa i full fart i 15 minuter innan han andades.
Även om potentiella medicinska och till och med militära tillämpningar verkar uppenbara för denna enkla typ av nanorobot, är konsekvenserna för vardagen också spännande. Föreställ dig att dyka utan tank eller regulator, men en svärm av respirocyter i ditt blodomlopp; eller OS 2030 då kanske superatleter inte ska skannas för droger, utan för nanorobotförstärkning.

Även om nanorobotar som appliceras på medicin har en mängd löfte från att utrota sjukdomar till att vända åldrandeprocessen (rynkor, förlust av benmassa och åldersrelaterade tillstånd är alla behandlingsbara på cellnivå), är nanorobotar också kandidater för industriella tillämpningar. I stora svärmar kan de rena luften från koldioxid, reparera hålet i ozonet, skrubba vattnet från föroreningar och återställa våra ekosystem.
Tidiga teorier i The Engines Of Creation (1986), av ”nanoteknologins fader”, Eric Drexler, föreställde sig att nanorobotar var självreplikerande. Denna idé är nu föråldrad, men vid den tidpunkten erbjöd författaren ett värsta scenario som en varning. Förrymda mikroskopiska nanobuggar plockar exponentiellt isär materia på cellnivå för att göra fler kopior av sig själva – en situation som snabbt skulle kunna utplåna allt liv på jorden genom att ändra det till ”grå smuts”. Denna osannolika men teoretiskt genomförbara ekofage utlöste en motreaktion och blockad mot finansiering. Idén om självreplikerande nanobuggar blev snabbt rotad i många populära science fiction-teman, inklusive Star Treks nanoalien, Borg.
Under åren fortsatte MNT-teorin att utvecklas och eliminerade självreplikerande nanorobotar. Detta återspeglas i Drexlers senare arbete, Nanosystems (1992). Behovet av mer kontroll över processen och positionen för nanomaskiner har lett till ett mer mekaniskt tillvägagångssätt, vilket ger små chanser för skenande biologiska processer.
Nanorobotar är redo att ta med nästa revolution inom teknik och medicin, ersätta den besvärliga och giftiga industriella tidsåldern och öppna mänskligheten för otroliga möjligheter. Men även om grå smuts inte längre är ett centralt bekymmer, förblir fler potentiella faror och missbruk av nanoteknik under allvarligt övervägande av både forskare och vakthundgrupper.