Bilim kurgu filmlerinin en gözde malzemesi olan nanobotlar ya da nanorobotlar bu senaryolarda ne kadar hayali ve uzak görünse de bugünün gerçeğine var olan bir teknolojidir.
Gerçekte, nanobotlar, çeşitli işlevleri yerine getirmek amaçlı programlanabilen, 50-100 nm genişliğinde moleküler düzeyde robotlardır. Özetle gözle görülemeyecek kadar minik robot teknolojileridir. Nanobotlar geleneksel anlamda "mekanik" değillerdir. Bildiğimiz robotlar gibi sadece metalik malzemelerle üretilmezler. Nanobotlar,metaller veya elmas gibi inorganik malzemeler veya proteinler ve polinükleotidler(DNA)gibi organik malzemeler kullanılarak üretilebilir. Ve hatta doğada halihazırda bulunan bir teknolojidir. Mikrotübüller üzerinde yürüyen ve taşıma işlevi gören kinezinler ve bir fabrika gibi çalışan ribozomlar nanobotların en gözde örnekleridir [1,2].
Nanorobot Teorisi
Kuantum ve parçacık fiziği üzerine çalışmalar yapan teorik Feynman nanobot teknolojisinin fikir babasıdır. 29 Aralık 1959 yılında yaptığı “Aşağıda Çok Yer Var” (There's Plenty of Room at the Bottom) adlı konuşmasında mikroskobik araçlardan, küçük robotların olabileceğini açıkladı. Moleküller arası zayıf kuvvetlerin (Van der Waals gibi) bu boyutlarda önem kazanacağını vurguladı. Belli bir kesim tarafından ciddiye alınmamışsa da dikkate değer bulan çevre ile bu teknoloji daha o günlerde hayata geçmeye başlamıştır. Bugün ise Siemens gibi pek çok firmanın da yatırım yaptığı hayallerin sınırını zorlayan bir teknoloji haline gelmiştir [3].
Nanobotlar Nasıl Çalışır?
Günümüz nanobotları kimyasal reaksiyonlar, sıcaklık veya radyo dalgaları gibi uyaranlara tepki haliyle çalışır. Nanobotların yüzey özellikleri, çözünürlüğü ve diğer makromoleküller veya hücre yüzeyleri ile etkileşimleri tanımlamak için önemli bir faktördür. Bir nanobotun boyutu veya şekli, hareketini, geçirgenliğini ve reaktivitesini doğrudan etkileyecektir. Özellikle sağlıkta tam olarak ihtiyaç duyulan noktayı hedeflemek esastır. Bu belirleyici görev nedeniyle sensörler (algılama) ve propulsion equipment (harekete geçirme) iki ana kısımdır.
Çalışması için nano ölçekli bir fenomeni kullanan herhangi bir sensör, nano sensör olarak olabilir. Mekanik, termal, optik, manyetik, kimyasal ve biyolojik sensörler mevcuttur. Propulsion nanobotların hareketinden sorumlu nanomotorlardır. Nanomotorlar, enerjiyi elektrik, manyetik veya akustik alanların kimyasal reaksiyonları ile elde eden, kendi itme gücüne sahip nano ölçekli cihazlar olarak tanımlanabilir [4].
Diğer bazı nanorobot bileşenleri;
Nanobot Anahtarlar (Switch) : Sıcaklık, UV ışığı veya kimyasal reaksiyonlar gibi konformasyonel değişiklikler nanobotun şeklini değiştirir. Bu değişimler sonucu aynen bir devre anahtarı gibi açılıp kapanır. İsmini de zaten burdan almakta.
Nanobot Motorlar: Fiziksel hareket oluşturmak için konformasyonel değişimin ürettiği enerjiyi kullanabilir.
Nanobot Mekik (Nanobot Shuttle) : Nanorobotik mekik bir servis aracı gibi ilaçları ve kimyasalları belirli bir yere taşıyan cihazlardır.
En modern nano cihaz olan nanorobotik araba, geleneksel bir arabanın neredeyse minyatür hali. Dört tekerleği vardır ve ışık veya kimya ile hareket ettirilebilirler. Burada tek sorun yola çıktıklarında onları yönlendirmektir [1].
Nanorobotların Başlıca Kullanım Alanları
Nanorobotlar askeri ve çevresel alanlar da dahil sağlık çalışmalarında gen terapisi , diş tedavileri gibi çok çeşitli alanlarda uygulanabilirler.
Radyasyon kaynaklı günümüz kanser tedavileri hasta açısından hem yeterli tedaviyi sağlamayabilir hem de kontrolsüzce hastanın sağlıklı hücrelerini de öldürür. Yüzey antijenlerinin de kullanımıyla nanobotların kanser teşhis ve tedavisinde kullanılabilirler. Henüz gelecekte olması beklense de bu tedavi sayesinde hücreler arasında yüksek seçicilik ve doğru hedefleme yapılabilir.
Elbette teşhis ve tedavi çalışmaları kanser hastalığıyla sınırlı değildir. Biyoçipler denilen bir çeşit nanobot olan bu cihazlar sayesinde birçok hastalığın tedavisi mümkün olabilir. Nanoelektronik , fotolitografi gibi yöntemlerin kullanımı ile üretilen biyoçipler cerrahi operasyonlar, ilaç salımı vb. tıbbi uygulamalarda gelecek vaad ediyor. Tüm bunlara ek olarak genetik hastalıkların tedavisi de mümkün olabilecektir. Bir insan hücresinin çekirdeğine gönderilen montajcı - inşacı bir gemi DNA’yı nazikçe çözerek yeniden doğru DNA dizimi yapabilir. Bu nanorobotlar ile genetik rahatsızlıkların tam anlamıyla tedavi edilebileceği düşünülmektedir. 50 nm büyüklüğündeki bu nanorobot yapılar virüslerden bile daha küçüktür [5].
DNA origami ise geleneksel Japon sanatına benzer bir tasarım tekniğidir. Yüzlerce DNA ipliği içeren bir ısıtma süreci ile DNA ipliklerini iki ve üç boyutlu şekillere dönüştüren bir yapıdır. Bilim adamları, virüsler ve hücre organelleri ölçeğinde yapılar tasarlamak ve inşa etmek için DNA origami teknolojisini kullanmaktadırlar. Ayrıca kemoterapiye alternatif olarak kullanılmaktadır. Fakat canlı bir organizmaya girdiklerinde hala tam olarak kontrol edilememektedir ve X-ışını ile görüntülemek için çok küçükler.
Nanorobotların Geleceği
Nano makineler görevli olduğu fonksiyonları yerine getiren yapılardır. Nanonetworkler ise bu yapılar arası işbirliği ve bilgi paylaşımını gerçekleştirmek için iletişimi sağlarlar. Bugün nanorobotik teknoloji alt yapısı bu iletişimi imkanını sağlamaya yeterli değildir. Bu sebeple ağ birleşenlerini geliştirmek, moleküler iletişim teorisi gibi alanlardaki çalışmalar oldukça önem arz etmektedir[5].
Gelecekteki olası moleküler makineler için çözülmesi gereken temel sorunlardan biri, istenen bir görevi yerine getirmek için birçok molekül boyutlu makineyi aynı anda kontrol etmektir[1,6]. Her ne kadar aşılması zor engeller mevcut olsa da başarılı olunduğu takdirde nano yapıların çığır açacağı bilinen bir gerçektir.
Kaynakça:
Piper Thomson, Why is a Nanobot? Theory and Practice, September 18, 2019
M.Mehta, K.Subramani, Chapter 21 - Nanodiagnostics in Microbiology and Dentistry, Emerging Nanotechnologies in Dentistry,Processes, Materials and Applications, Micro and Nano Technologies, 2012, Pages 365-390
Dr. Zeynep BİLGİCİ, Nano Dünyanın Kahramanları: Nanobotlar, Tübitak Bilim Genç Dergisi, 12 Haziran 2014
Roberto Vega Baudrit, Carlos Villalobos, Nanobots: Development and Future, Mayıs 2017, DOI: 10.15406/ijbsbe.2017.02.00037
Robotlar , “ malzemebilimi.net “ adresinden 01.02.2021 tarihinde ilham alınmıştır.
What are nanobots?, “www.nanowerk.com”adresinden 01.02.2021 tarihinde ilham alınmıştır.
Görseller
Nanobots görselleri, “www.shutterstock.com” adresinden 01.02.2021 tarihinde ilham alınmıştır.
Richard Feynman, “tr.pinterest.com” adresinden 01.02.2021 tarihinde ilham alınmıştır.
Piper Thomson, Why is a Nanobot? Theory and Practice, September 18, 2019
R. Thiruchelvi, Eesani Sikdar, Aryaman Das, Rajakumari K.S, Nanobots in Today's World, January 2020, Research Journal of Pharmacy and Technology 13(4):2033
Smriti Srivastava,Nanobots Magnifaying the Dynamics of Medical Precision, December 23, 2019
Biochip, New technology, “www.mepits.com” adresinden 01.02.2021 tarihinde ilham alınmıştır.