ما هي الروبوتات النانوية أو النانوبوت؟

لاشك أننا كنا نعتبر أن الروبوتات النانوية Nanobots  في رواية الخيال العلمي الفريسة Prey  للكاتب مايكل كريشتون  وغير ذلك من أدوات الخيال العلمي للروبوتات النانوية أشياء غير موجودة على أرض الواقع (حتى الآن).

و لكن لا ينبغي الخلط بينه وبين هذه الروبوتات النانوية الخيالية ـ فبالنسبة للباحثين في مجال تكنولوجيا النانو الطبية ، تعتبر الربوتات النانوية nanorobot ، أو النانو بوت nanobot (و هي عبارة عن آلة افتراضية ، متناهية في الصغر  ، ذاتية الدفع ، و تتمتع بدرجة من الاستقلالية ويمكنها التكاثر) مصطلحاً شائعاً للجزيئات ذات الخاصية الفريدة التي يمكن  برمجتها لتنفيذ مهمة محددة.

و هذه الروبوتات النانوية حقيقة ويتم بحثها وتطويرها بنشاط حثيث .

و يقوم عدد متزايد من مجموعات البحث باستغلال خصائص التجميع الذاتي القابلة للبرمجة للأحماض النووية nucleic acids  في إنشاء أشكال نانوية وآلات نانوية مصممة بشكل منطقي للعديد من الاستخدامات المختلفة.

و هذا هو السبب في أن واحدة من أكثر المجالات التي تم البحث عنها بنشاط في مجال النانو حالياً تتضمن تجميع الحمض النووي DNA assembly ، وخاصة تقنية تسمى اوريغامي الحمض النووي  ( DNA origami) .

الروبوتات النانوية (النانوروبوتكس Nanorobotics ):

لنبدأ ببعض الأساسيات: يمكننا تعريف علم الروبوتات Robotics  على أنه نظرية وقابلية التطبيق العملي للروبوتات ، وهو جهاز إلكتروني أو كهربائي أو ميكانيكي قائم بذاته تماماً على أنشطة مثل التصنيع.

إذا قمنا بتقليص قياس هذا الروبوت إلى بضعة مليارات من الأمتار ، فأنت عندها و لاشك تتحدث عن الروبوتات في مجال تكنولوجيا الروبوتات النانوية nanotechnology robotics . و التي يطلق عليها اختصاراً الروبوتات النانوية nanorobotics.

و يجمع مجال الروبوتات النانوية بين العديد من التخصصات ، بما في ذلك عمليات التصنيع النانوية المستخدمة لإنتاج المحركات النانوية nanomotors ، و المشغل الميكانيكي النانوي nanoactuators ، والمستشعرات (أجهزة الاستشعار) النانويةnanosensors والنمذجة الفيزيائية في المقاييس النانوية physical modeling at nanoscales.

و لابد من القول أن تقنيات المعالجة الآلية النانوية ، بما في ذلك تجميع الأجزاء بحجم النانومتر ، والتلاعب بالخلايا أو الجزيئات البيولوجية ، وأنواع الروبوتات المستخدمة لأداء هذه المهام تشكل أيضاً أحد مكونات الروبوتات النانوية  .

و على سبيل المثال ، فقد قام الباحثون بترجمة مسارات الحركة الذاتية للمحركات النانوية إلى ميزات سطحية خاضعة للرقابة تجلب تطوراً إلى أنظمة التصنيع البصري الساكن التقليدية ، والتي تحدد نهجاً مبكراً لـ منصة الروبوتات النانوية لتصنيع النانو.

و تعرف تكنولوجيا  الروبوتات النانوية  على أنها عبارة عن أنظمة ميكانيكية نانوية متطورة جداً nanoelectromechanical systems (NEMS (أنظمة ميكانيكية نانوية nanoelectromechanical systems ) و هي تثير جميع القضايا المهمة التي يجب معالجتها في تصميم الأنظمة الميكانيكية النانوية  NEMS مثل : الاستشعار sensing ، والتشغيل actuation ، والتحكم control ، والاتصالات communications ، والطاقة power  ، والتفاعل عبر المقاييس المكانية وبين المواد العضوية وغير العضوية.

و نظراً لحجمها ، مقارنة بالخلايا البيولوجية ، فإن الروبوتات النانوية لديها مجموعة واسعة من التطبيقات المحتملة في مجالات معينة مثل المراقبة البيئية أو في مجال الطب.

و مع ذلك ، يستخدم الباحثون اليوم في الغالب مصطلح الربوت النانوي nanorobot لوصف جزيئات ذات خاصية فريدة التي تمكنها من أن تكون مبرمجة لتنفيذ مهمة محددة .

وهذا يقودنا إلى:

1- الروبوت النانوي ( النانو بوت Nanobots ) في الطب :

عندما نتحدث عن الروبوتات النانوية اليوم ، فإن الإشارة في الغالب تكون إلى المحركات النانوية ذاتية الدفع self-propelled nanomotors والأجهزة النانوية الأخرى القابلة للتحلل والمصنوعة من مكونات النانو الحيوي bio-nano components ، والتي تنقل الحمولة إلى المواقع المستهدفة ، أي توصيل الأدوية إلى الخلايا المريضة .

و على سبيل المثال ، يمكن برمجة هذه الروبوتات النانوية لنقل الحمولات الجزيئية و التي تسبب انسداداً في إمدادات الدم للورم في الموقع ، مما قد يؤدي إلى موت الأنسجة السرطانية وتقليص الورم .

و يَعِدُ هذا النهج النشط القائم على توصيل الأدوية المتحركة بتقديم الأدوية الفعالة والمحسنة مقارنة بالطرق التقليدية. حيث يتم اختبار الجسيمات النانوية الذهبية Gold nanoparticle المحملة بمحركات صغيرة اصطناعية قائمة على سلفونات بوليسترين بولي PEDOT / والزنك في نموذج الفأرة عن طريق الفم.

و قد أظهروا خصائص ذات دافعية حمضية ممتازة ،وخصائص دفع ذاتي ذو قدرات عالية على تحميل الإمدادات أو الدواء (البضائع).

من الأمثلة المهمة في مجال الروبوتات النانوية، تلك الشبيهة بالخلايا التي تزيل البكتيريا والسموم من الدم.

لقد قام الباحثون ببناء هذه الروبوتات النانوية من خلال طلاء أسلاك الذهب النانوية بمزيج من الصفائح الدموية و أغشية خلايا الدم الحمراء.

و تسمح طبقة غشاء الخلية الهجينة للروبوتات النانوية بأداء مهام خليتين مختلفتين في وقت واحد - الصفائح الدموية التي تربط مسببات الأمراض مثل بكتيريا MRSA (سلالة مقاومة للمضادات الحيوية من المكورات العنقودية الذهبية) ، وخلايا الدم الحمراء ، التي تمتص و تُحيِّد السموم المنتجة بهذه البكتيريا.

و تعتبر كلاً من الآلات النانوية الغاطسة غير الجزيئية Unimolecular submersible nanomachines التي يتم تنشيطها بواسطة ضوء الأشعة فوق البنفسجية ، و الروبوتات النانوية القائمة على تقنية أوريغامي الحمض النووي  DNA-origami ، والمحولات النانوية المشغلة بالضوء light-induced actuating nanotransducers ، وأجهزة النانو المغناطيسية متعددة الروابط magnetic multilink nanoswimmers ، وما إلى ذلك ، هي بعض التطورات التكنولوجية الأخرى و التي تتنبأ بالتطبيقات التي ستستخدمها الروبوتات النانوية في توصيل الدواء.

2- تقنية الحمض النووي النانوي DNA nanotechnology  :

تتواجد في الوقت الحالي مجموعة غنية من العمل على استخدام الحمض النووي في علم الروبوتات النانوي أو ما يسمى بالنانوروبوتيكس ("الذراع النانوية Nanorobotic arm للعمل ضمن تسلسل الحمض النووي")

والتصنيع النانوي nanofabrication كعمل نيد سيمان Ned Seeman في جامعة نيويورك NYU (و يمكنك أن تفهم ذلك على سبيل المثال بأن : " الباحثون يقومون بإرسال الحمض النووي في مهمة بناء متسلسلة و مترابطة منطقياً

" أو "أن  العلماء يستخدمون اوريغامي الحمض النووي لإنشاء هياكل ثنائية الأبعاد" أو "أن الحمض النووي الريبي RNA  يتم استخدامه للتحكم في آلة النانو الدوارة" ).

3- روبوتات أوريغامي الحمض النووي النانوية DNA origami nanorobot :

ظهرت تقنية الحمض النووي النانوي الهيكلية ، وخاصة عملية التجميع الذاتي الجزيئي المعروفة باسم أوريغامي الحمض النووي DNA origami ، كمنهج متعدد الاستخدامات لتصنيع الأجهزة النانوية ذات الهندسة النانوية المعقدة ، و التوظيف المحدد للوظائف الجزيئية ، والخصائص الميكانيكية والديناميكية المبرمجة.

و يستخدم العلماء بالفعل تقنية اوريغامي الحمض النووي لتصميم وبناء الهياكل على نطاق الفيروسات و عضيات الخلية.

و تعتبر أوريغامي الحمض النووي  تقنية تصميم - مشابهة للفن الياباني التقليدي أو تقنية طي الورق إلى أشكال زخرفية أو تمثيلية - يستخدمها باحثو تكنولوجيا النانو لطي خيوط الحمض النووي إلى شيء يشبه لوحة مشابك قابلة للبرمجة و يمكن إرفاق مكونات نانوية مختلفة عليها.

و تسمح مجموعات الحمض النووي هذه بتصنيع الهياكل النانوية المعقدة ذات الأشكال و الأنماط المعقدة على نطاق أصغر من 100 نانومتر.

و خلاصة  الأمر …

نستنتج من خلال الإشارة إلى قصص و أفلام الخيال بأنه  : لا وجود للروبوتات النانوية حتى الآن ، كما أنها  لن تكون موجودة في المستقبل القريب أيضاً .

إذ أن هناك مشكلة هامة  تعد من المشاكل الأساسية التي يتعين حلها للآلات الجزيئية المحتملة في المستقبل و المتمثلة في التحدي المتعلق بالتحكم في العديد من الآلات بحجم الجزيء في وقت واحد لأداء المهمة المطلوبة.

حيث تم إنتاج محركات بسيطة بمقياس النانو على مدى السنوات القليلة الماضية ، غير أن هذه الأنظمة لا تقوم بأكثر من توليد حركة مادية لمكوناتها على مستوى مقياس النانو.

فمن أجل بناء روبوت نانوي حقيقي - عبارة جهاز إلكتروني أو كهربائي أو ميكانيكي قائم بذاته تماماً للقيام بأنشطة مثل التصنيع على مقياس النانو - سيتعين على العلماء و الباحثين تحقيق الكثير من التقدم المذهل في هذا المجال.

و أحدها هو مسألة التحكم في أعداد كبيرة من الأجهزة ، أي كيفية بناء وبرمجة 'أدمغة' هذه الأجهزة.

كما أن هناك  قضية أخرى تتمثل في فصل مفهوم  روبوتات أسلوب الخيال العلمي "المفكرة و العقلانية "(الذكاء الاصطناعي) عن مفهوم أكثر واقعية (و التي لا تزال بعيدة) من الآلات التي يمكن برمجتها لأداء مهمة محدودة بطريقة أو بأخرى مستقلة ذاتياً لفترة من الوقت.

و يمكن أن تتراوح هذه المهام من تصنيع مكونات مقياس النانو إلى تنفيذ الإجراءات الطبية داخل الجسم.

و بالنسبة لآلات مقياس النانو ، سيتطلب ذلك توفر وحدات التحكم في مقياس النانو ، أي أجهزة كمبيوتر.

حيث أظهر الباحثون في اليابان بالفعل تجميعاً جزيئياً للمعالجة المتوازية ذات 16 بتاً والذي يجعلنا على بعد خطوة نحو بناء مثل هذا المعالج  بمقياس النانو.

عزيزي القارئ
لأننا نهتم، نتمنى أن تكتب لنا في التعليقات عن المواضيع التي ترغب و تهتم بها لنتمكن من تقديمها لك، لرغبتنا في أن يعبِّر موقعنا عن اهتمامات القارىء العربي.

 كما ونرجوا منك مشاركة المقال في حال أعجبك المحتوى.   

 ننصحك بقراءة المقالات التالية :

الذكاء الاصطناعي : أول الروبوتات الطبية - الملاحة الذاتية داخل الجسم

الأسلاك النانوية الميكروبية : خطوة طبية كبيرة إلى الأمام

الروبوتات في طريقها للسير كما يسير الإنسان