Forskere er kommet tæt på at skabe nanorobots. Der er materialer til dette: nanopartikler, nanorør, grafen, forskellige proteiner. Alle af dem er meget skrøbelige - for at studere dem er der brug for nye, mere avancerede mikroskoper, der ikke beskadiger enheden under forskningen.
Nanorobots kan være nyttige i mange områder af menneskelivet, primært inden for medicin. Forestil dig små smarte enheder, der roligt fungerer indeni os, styrer forskellige parametre og overfører data i realtid direkte til lægenes smartphone. En sådan robot skal være lavet af et biokompatibelt materiale, som ikke afvises af kroppen, den har også brug for en strømkilde og hukommelse.
Batteriet hjælper ikke her, da det øger enhedens størrelse, og det er ikke let at finde et biokompatibelt materiale til det. Problemet løses ved hjælp af piezoelektrik - materialer, der genererer energi, når de mekanisk påføres dem, såsom kompression. Der er også den modsatte virkning - som reaktion på virkningen af et elektrisk felt ændrer strukturer fremstillet af piezoelektriske materialer deres form.
Biokompatible piezoelektriske nanorobotter kan lanceres i blodkar, og de omdanner deres pulsering til elektricitet. En anden mulighed er at tænde enhederne ved at bevæge led og muskler. Men så vil nanorobots ikke være i stand til at handle konstant, i modsætning til dem, der er i skibene.
Under alle omstændigheder for nanorobotter er det nødvendigt at vælge passende materialer og bestemme nøjagtigt, hvor meget tryk der skal påføres anordningen for at generere en elektrisk impuls i den.
Atomforhold
Et tredimensionelt billede af en genstand eller en overflade ved nanoskala opnås ved hjælp af et atomkraftmikroskop. Det fungerer som følger: atomer i ethvert stof interagerer med hinanden og på forskellige måder, afhængigt af afstanden. I store afstande tiltrækker de, men når de nærmer sig, frastøder atomernes elektronskaller hinanden.
Salgsfremmende video:
”En sonde med en spids på 1-30 nanometer i diameter nærmer sig prøveoverfladen. Så snart den er tæt nok, begynder atomerne i sonden og objektet, der undersøges, at frastøde. Som et resultat vil den elastiske arm, som nålen er fastgjort til, bøje sig,”siger Arseniy Kalinin, hovedudvikler hos NT-MDT Spectrum Instruments.
Nålen bevæger sig langs overfladen, og eventuelle højdeforskelle ændrer bøjningen af konsollen, der registreres af et ultrapræcist optisk system. Når sonden passerer overfladen, registrerer softwaren hele lettelsen og bygger en 3D-model af den. Som et resultat dannes et billede på computerskærmen, som kan analyseres: for at måle prøveens samlede ruhed, parametre for objekter på overfladen. Desuden gøres dette i et naturligt miljø for prøverne - væske, vakuum, ved forskellige temperaturer. Mikroskopets horisontale opløsning er kun begrænset af diameteren af spidsen af sonden, mens den vertikale nøjagtighed af gode instrumenter er snesevis af picometre, hvilket er mindre end størrelsen på et atom.
Nålen fra et atomkraftmikroskop undersøger prøven / ITMO University Press Service.
I 30 års udvikling af atomkraftmikroskopi har forskere lært at bestemme ikke kun overfladeaflastningen af prøven, men også materialets egenskaber: mekanisk, elektrisk, magnetisk, piezoelektrisk. Og alle disse parametre kan måles med den højeste nøjagtighed. Dette har i høj grad bidraget til fremskridt inden for materialevidenskab, nanoteknologi og bioteknologi.
Biologer er også i forretning
Måling af piezoelektriske parametre er et unikt træk ved et atomkraftmikroskop. I lang tid blev det kun brugt til undersøgelse af faststof-piezoelektrik. Faktum er, at biologiske genstande er ganske bløde; spidsspidsen skader dem let. Ligesom en plove, pløjer den overfladen, forskyder og deformerer prøven.
For nylig regnede fysikere fra Rusland og Portugal ud med, hvordan man fremstiller en atomkraftmikroskopnål, der ikke ville skade en biologisk prøve. De udviklede en algoritme, hvorefter sonden, når de bevæger sig fra et punkt til et andet, bevæger sig væk fra overfladen lige nok til ikke at interagere med den på nogen måde. Derefter berører han emnet, der studeres, og rejser sig igen og går mod det næste punkt. Naturligvis kan nålen stadig trykke lidt på overfladen, men dette er en elastisk interaktion, hvorefter en genstand, det være sig et proteinmolekyle eller en celle, let gendannes. Derudover styres trykstyrken af et specielt program. Denne teknologi gør det muligt at studere en biokompatibel piezoelektrisk struktur uden at beskadige den.
”Den nye metode kan anvendes til ethvert atomkraftmikroskop, forudsat at der er specielt designet højhastighedselektronik, der behandler det piezoelektriske respons fra konsollen og softwaren, der konverterer dataene til et kort. En let spænding påføres nålen. Det elektriske felt virker på prøven, og sonden læser dens mekaniske respons. Feedbacken er lignende, så vi kan finde ud af, hvordan man klemmer et objekt, så det reagerer med det ønskede elektriske signal. Dette giver forskeren et værktøj til at søge og studere nye biokompatible fødekilder,”forklarer Kalinin.