موج فراصوت، نانوروبات، ميكروموج، فيزيك پزشكي
نانوتكنولوژيست‌ها درست مثل سيستم ناوبري روبات‌ها، هردو منبع داخلي و خارجي را مدنظر دارند. تعدادي از طراحي‌ها هستند كه بدن بيمار منبع انرژي آنها محسوب مي‌شود. مدل‌هاي ديگر منبع انرژي كوچكي دارند كه در خود روبات تعبيه شده است. در نهايت مدل‌هايي هم هستند كه نيرو‌هاي بيرون بدن بيمار منبع تغذيه‌ي آنهاست.
نانوروبات‌ها توان‌شان را مستقيم از فشار خون مي‌گيرند. نانوروبات با الكترود‌هايي كه دارد مي‌تواند با الكترو‌د‌هاي خون، باطري تشكيل دهد. گزينه‌ي ديگري هم مي‌توان امتحان كرد:كنش‌هاي شيميايي با خون و سوزاندن براي توليد انرژي است. نانو روبات منبع كوچكي براي مواد شيميايي مورد نياز بدن باشد كه وقتي با خون تركيب مي‌شود،تبديل به منبع سوخت خواهد‌شد.
|
نانوروبات مي‌تواند از بدن بيمار براي توليد توان استفاده كند ولي بايد گردش دمايي براي تنظيم و توليد اين توان لازم است. توليد توان نتيجه‌ي اثري بنام سيبك (seebeck) است. اين اثر زمتاني اتفاق مي‌افتد كه دو رساناي متفاوت بهم متصل ميشوند و دو دماي متفاوت دارند. رساناهاي فلزي يك ترموكوپل خواهند شد؛ يعني ولتاژي توليد ميكنند كه در دماهاي مختلف، باهم تقاطع دارند. باوجوديكه به سختي مي‌توان به گردش دماي بدن اعتماد كرد، ولي بسياري از نانوروبات‌ها از دماي بدن به عنوان منبع تغذيه استفاده ميكنند.
اگر بتوانيم باطري‌هايي كوچك به اندازه قسمت‌هاي داخلي نانوروبات بسازيم، باطري نوع اول كه ذكر شد چندان برتري نسبت به اين نوع دوم ندارد. مشكل اينجاست كه باطري‌ها با توجه به وزن و اندازه‌شان، مقدار كمي توان را در خودشان نگه مي‌دارند. كانديدا‌هاي ديگري هم هستند. خازن‌ها! كه از نظر وزني نسبت به باطري داخلي انتخاب بهتري هستند.
|
 |
مهندسين روي طراحي و ساختن و خازن‌هايي كار ميكنند كه فناوري نانوروبات‌ها را داشته باشد.
گزينه‌ي ديگر توان نانوروبات‌ها سوخت هسته‌اي است. روبات‌هاي كوچك با انرژي هسته‌اي كار كنند ولي بايد درنظر داشت كه از نظر برخي كارشناسان، مقدار ماده كم بوده و براحتي مي‌تواند سپر هم داشته باشد(منظور مانع است). بين تمام اين گزينه‌ها نيروي هسته‌اي از همه منطقي‌تر است.
توان خارجي شامل سيستم‌هايي است كه نانوروبات كنترلي است براي جهان بيرون يا به عبارتي كنترل بدون كنترل فيزيكي! سيستم‌هاي كنترل‌كننده بايد سيمي بين نانوروبات و منبع تغذيه باشد. سيم بايد قوي باشد ولي بايد نقدر قابل انعطاف باشد كه بدن آسيبي نبيند. كنترل فيزيكي توان الكتريكي و اُپتيكي را بايد تأمين كند. سيستم‌هاي اُپتيكي از فيبر نوري استفاده ميكنند كه بايد به الكتريكي تبديل شود.
سيستم‌هاي خارجي از كنترل‌هاي ميكروموجي، سيگنال‌هاي صوتي يا ميدان‌هاي مغناطيسي استفاده نمي‌كنند. ميكروموج‌ها كمتر مورد توجه هستند چراكه انتشار ميكروموج در بدن وقتي جذب شده و بدن را گرم ميكند، موجب صدمه‌ديدگي مي‌شود. نانوروبات با غشاء پيزوالكتريك سيگنال‌هاي فراصوتي را گرفته و تبديل به الكتريسيته ميكند. سيستم‌هايي كه از ميدان‌هاي مغناطيسي استفاده ميكنند، شايد لازم باشد بصورت دستي يا القاء جريان الكتريكي بصورت حلقه بسته در روبات هدايت شوند.
بافرض اينكه نانوروبات‌ها كنترل نمي‌شوند يا براي شناور بودن در رگ‌ها طراحي ميشوند، نياز به نيروي پيشران دارند. چون ممكن از گاهي خلاف جريان خون حركت كنند، اين سيستم بايد نسبتاً قوي باشد. مساله مهم ديگري هم هست؛ ايمني بيمار. دستگاه بايد بتواند بدون صدمه زدن به بدن حركت كند.
تعدادي از دانشمندان در دنياي ميكروسكپيِ ارگانسيم‌ها تحقيق ميكنند. باكتري‌ها در محيط خود با ساتفاده از شاخك‌هايي بنام، مژه (Cilia) حركت ميكنند. با ارتعاش مژه‌ها، باكتري مي‌تواند درهر جهتي شناور بوده و حركت كند. مشابه مژه‌ها، تاژك‌ها هستند كه ساختار شاخكي بلندتري دارند. ارگانيسم‌هاي تاژكيدرجهت‌هاي مختلف حركت ميكنند.
طراح‌هاي نانوروبات‌ها به دنبال ميكروارگانيسم‌ها براي سيستم پيشران شبيه تاژك‌ها در سلول‌ها هستند.
دانشمندان ميكروروبات‌هايي ساخته‌اند كه از زائده‌هايي براي اتصال و چرخ در گردش خون استفاده ميكنند. دانشمندان بازو‌ها با استفاده از ميدان مغناطيسي خارج بدن بيمار كنترل ميكنند. ميدان‌هاي مغناطيسي سبب ميشوند كه بازوي روبات‌ها مرتعش شوند. اين دانشمندان خاطرنشان ميكنند كه تمام انرژي براي نانوروبات‌ها بايد از منبعي خارجي باشد و نيازي به منبع داخلي نيست. آنها اميدوارند كه طراحي نسبتاً ساده‌اي را بتوانند حتي در انداز‌ه‌هاي كوچك‌تر درست كنند.
دستگاه‌هاي ديگر جالب‌تر از اين هم به نظر مي‌رسند. اگر بخواهيم از خازن استفاده كنيم، ميدان‌هاي مغناطيسي بايد توليد كنيم كه جريان رسانا را به انتهاي پمپ الكترومغناطيسي مي‌كشاند و همين نيروي رانشي توليد ميكند. نانوروبات‌ها شبيه جت‌ها حركت ميكنند. اين جت‌هاي مينياتوري حتي براي پلاسماي خون مي‌توانند مورد استفاده قرار گيرند كه نانوروبات‌ها به سمت جلو رفته و برخلاف پمپ الكترومغناطيسي، نياز به حركت اجزا هم دارند.
يك روش ديگر كه بيشتر نظري است حركت با استفاده از غشاء سلولي است كه به آن متصل شده و با استفاده از تنش روي غشاء نيروي پرتاب پيدا ميكند. در مقياس نانو اين نيرو مي‌توان آنقدر زياد باشد كه منبع حركت محسوب شود.
ميكروروبات‌هاي كنوني فقط چندميلي‌متر طول‌دارند و حدود يك ميلي‌متر قطر. در مقايسه با نانوروبات‌ها آنها بسيار بزرگ هستند. يعني هزار برابر نانوروبات‌ها. روبات‌هاي آينده بسيار كوچك هستند و بدون ميكروسكوپ نمي‌توانيم آنها را ببينيم. نانوروبات‌ها حتي كوچك‌تر هستند. در اينجا تعدادي از گزينه‌هايي كه به عنوان ابزار در نانوروبات‌ها بايد مار گذاشته شود برمي‌شمريم:
|
حفره‌ي دارويي:
يك حفره توخالي درون روبات كه مي‌تواند داروها يا ابزار پزشكي لازم را در خود نگه دارد. روبات دارو را مستقيماً به منطقه مورد نظر عفوني يا زخمي تزريق ميكند. روبات‌ها داروهايي كه در شيمي‌درماني در سرطان استفاده مي‌شود، مستقيم به آن منطقه حمل ميكنند. اين روش بسيار مؤثرتر از روش‌هاي كنوني است.
|
|
اكتشاف و چاقو‌ها:
براي برداشتن گرفتگي‌ها و پلاكت‌ها. روبات بايد وسيله‌اي براي بريدن و شكستن داشته باشد. شايد نياز باشد به مانعي برخورد كنند و آن را به قسمت‌هاي بسيار ريزتر تقسيم كنند. اگر بخشي از لخته‌خون شكست و وارد جريان خون شد شايد مشكل ديگري ايجاد كند.
|
|
گسيل‌كننده‌هاي ميكروموج و مولدهاي سيگنال فراصوت:
براي از بين بردن سلول‌هاي سرطاني كه نياز به روشي براي از بين بردن سلول بيمار بدون صدمه زدن به سلول‌هاي اطراف دارند. يك سلول سرطاني ممكن است داروها را پخش كند و باعث گسترش سرطان شود. با استفاده از ميكروموج يا فراصوت، نانوروبات‌ها مي‌توانند قيدهاي شيميايي را شكسته و سلول‌هاي اصلي را مورد هدف قرار دهند. روبات مي‌تواند دماي لازم براي انتشار در محيط عفوني يا بيمار را تخمين بزند و آنها را نابود كند.
|
|
الكترودها:
دوالكترود از روبات بيرون زده كه مي‌تواند سلول‌هاي سرطاني را با جريان الكتريكي از بين ببرد.
|
|
ليزرها:
ليزرهاي مينياتوري مي توانند بخش‌هاي بيمار را مثل پلاكت‌هاي سرخ‌رگ، سلول‌هاي سرطاني و يا لخته خون‌ها را بسوزانند. ليزرها كلاً بخش‌هايي كه بايد از بين بروند مي‌سوزاند و بخار ميكند.
|
دومشكل بزرگ دانشمندان در مورد اين ابزار پيش‌بيني شده، مؤثر و غيرمضر بودنشان است. مثلاً درست كردن ليزر قوي براي از بين بردن سلول سرطاني خودش چالش بزرگي است ولي طراحي آن هم به‌صورتي‌كه به بدن آسيب نرساند، مشكل‌تر از ساخت آن است. تيم‌هاي متعددي از دانشمندان در اين مورد در حال تحقيق و بررسي هستند.
|
نانوروبات‌ها:امروز و فردا
|
| تيم‌هاي مختلفي در سراسر دنيا درحال كار روي اولين نانوروبات‌هاي واقعي هستند. روبات‌ها در گستره‌ي ميلي‌متر تا دو سانتي‌متر هستند. ولي هنوز در مرحله‌ي ازمايش و توسعه هستند و روي انسان آزمايش نشده‌اند. شايد چند سال بعد انها را در بازار لوازم پزشكي پيدا كنيم. ميكروروبات‌هاي امروزي نمونه‌هاي اوليه‌ي بدون قابليت از روبات‌هاي كارآمد فردا در پزشكي هستند. |
 |
درآينده نانوروبات‌ها پزشكي را متحول ميكنند. پزشكان از حمله قلبي و سكته تا سرطان را با اين ابزار مي‌توانند درمان كنند. روبات‌ها شايد روزي خودشان كارشان را انجام دهند. برخي براين باورند اين خودكار بودن دقيقا هدف آينده خواهد بود. و براي هميشه در بدن بيمار باقي مي‌مانند تا مثل اورژانس در داخل بدن مشكلات را برطرف كنند.
دستاورد آينده شايد كاربرد نانوفناوري در مهندسي بدن ما هم باشد! مقاومت در مقابل بيماري‌‌ها، افزايش هوش و طول عمر و سلامت بدن.
آيا روزي نانوروبات‌هاي بسياري در بدن ما به كار گماشته ميشوند؟ با نانوفناوري اينطور به نظر مي‌رسد كه هرچيزي ممكن است.
|
ايزاك آسيموف اولين بار ايده‌ي روبات‌هاي درون بدن را با دو داستان معروفش سفر شگفت انگيز 1 و 2 كه قبلاً به فارسي هم آمده بود، مطرح كرد. و امروز مي‌بينيم كه همچنان دنياي داستان‌هاي علمي تخيلي به حقيقت نزديك مي‌شود و در بسياري موارد اين نويسندگان بزرگ علمي تخيلي مانند آسيموف و كلارك بودند كه باعث ايده‌هايي در علم شدند.
 ا
|