تولید نانو ربات‌های پزشکی

ســاخت نانو ربات‌ها به‌کاربرده شـده در پزشکی مستلزم حصول پیشرفت‌هایی در مواد صلب الماس گونه است. این کار هم امکان‌پذیر است و تولید نانو ابزارها طـی سـال‌هـای اخیر رو بـه رشـد بـوده اسـت. تـولید الماس گونه‌هــا مرحله ‌به ‌مرحله در حال پـیشرفت است و برای حرکت به سمت تولید ربـات‌هـا در ابـعـادی قابل ‌مقایسه با باکتری‌ها، لازم است درکی از این زمینه وجود داشته باشد. به‌عنوان‌مثال، چند ماه قبل، اولین ربات متحرک سـاخـتـه شـد کـه می‌توانست تا ابعاد ۶۰ در ۲۵۰ میکرون را اندازه بگیرد.

در ایـن مـقـیاس، می‌توان پیش‌بینی نمود که ابـعـاد ربـات‌هـایـی کـه در سـال‌هـای آیـنده پدید می­ آیند به‌سرعت به ۱۰۰ میکرون و بعد از آن ۵۰ میکرون و همین‌طور کاهش می‌یابند. هم‌ اکنون نمونه اولیه وسیله ۹۰ نانومتری Intel، یک SRAM ۵۲ مـگابیتی کاملاً کاربردی تولید کرده که طول پایه ترانزیستور آن ۵۰ نانومتر است و ابعاد سـلـول SRAM آن تـنـهـا حدود ۱ یا تقریباً نصف اندازه سلول اغلب SRAMهای پیشرفته امروزی است. تـا سال ۲۰۱۶، IC های با عملکرد بالا حاوی بـیـش از ۸/۸ مـیـلیارد ترانزیستور، در فضایی به مـساحت ۲۸۰ میلی‌متر مربع خواهند بود. این رقم بیش از ۲۵ برابر تعداد ترانزیستورهایی است که روی تراشه‌های امروزی با ابعاد ۱۳۰ نانومتر قـــرار دارد. امـــا از آنجا که درون بــدن انـســان رگ‌های کوچکی به قطر ۳۰ تا ۶۰ میکرون وجود دارد، مـی‌تـوان پـیدایش اولین نانو ربات طی ده سال آینده را کاملاً طبیعی دانست.

مؤثرترین روش برای اینکه نانو ربات‌ها مدام در حال حرکت و فعالیت باشند (در هر محیطی نه صرفاً محیط بیولوژیک)، ایجاد منابعی از انرژی است که از محیطی که نانو ربـات در آن مـشـغـول بـه کـار اسـت فـراهـم شـود. انـرژی جـنـبـشـی سـیـال و اشعه‌ی الکترومغناطیسی که از نور ساطع می‌شوند گزینه‌های مناسبی برای منبع انرژی هستند، که این اشعه ها برای فضای کاری باز مورداستفاده قرار می‌گیرند. همچنین استفاده از تغییرات دمایی یا کم‌ و زیاد شدن نور نیز گزینه مناسبی هستند. اما برای یک فضای کاری گسترده انرژی تولیدشده از ارتعاش مناسب‌تر خواهد بود که در محیط‌های مختلف ازجمله محیط بیولوژیک می‌توان از آن استفاده کرد.

مزایا و مشکلات تولید نانو رباتیک

به طور کلی در ساخت نانو ربات دو مسئله مهم وجود دارند. اولاً شبیه‌سازی و طـراحـی بـر اسـاس ربات‌های مـاکـرو کـه شـامـل نـیـروی مـحرکه، برقراری ارتباط و جهت‌‌یابی است و ثانیاً سرهم کردن قطعات نانو ربات است. تحقیقات درزمینه نانو رباتیک جنبه تئوری داشته و تاکنون نانو ربات مصنوعی غیر بیولوژیک ساخته نشده است. اما ازنظر تئوری مزایا و مشکلاتی مورد توجه هستند که عبارت‌اند از:

• بادوام بودن نانو ربات، که ازنظر تئوری سال‌ها دوام‌ داشته باشند.
• زمان عملکرد آن‌ها بسیار کم باشد، زیرا جابجایی آن‌ها محدود بوده و اتفاقات بیولوژیک با همان سرعت رخ می‌دهند اما در زمان کمتر.
• احتمال می‌رود که نانو ربات‌ها به دلیل اندازه کوچک، از سوی بدن به‌عنوان عوامل بیماری‌زا شناسایی نشوند.
• اندازه کوچک، محدودیت‌هایی ایجاد می‌کند به این دلیل که اندازه‌های فوق‌العاده کوچک امکان عبور نانو ربات از هر ساختار نا­مشخص و ناخواسته را می‌دهد بدون اینکه هدایت یا متوقف شود.

به‌کارگیری نانو ربات برای جراحی

روش‌های جراحی کلاسیک به‌ صورت ماکرو هستند؛ اما بعضی از جراحی‌های خاص مثل جراحی چشم نیازمند وسایل و ابزار ظریف‌تر و کوچک‌تر شدند. لذا میکرو جراحی ظهور پیدا کرد و در چند سال اخیر کوچک‌سازی، پیشرفت‌های زیادی در جراحی ایجاد کرده است. اولین مزیت نانو جراحی کاهش شوک‌ها و زخم‌های ناشی از جراحی کلاسیک است. همچنین شکاف و برش در نانو جراحی وجود ندارند. همین مسائل باعث بهبودی سریع‌تر بیمار می‌شود. جراحی‌های معمولی سنگین و طاقت‌فرسا هستند؛ هم برای بیمار و هم برای جراح. از یک‌ طرف بیمار دچار ترس و دلهره، دردهای متعدد و زمان بهبودی طولانی شده و از طرف دیگر جراح به تمرکز، برای مدت طولانی احتیاج دارد تا جراحی را کامل و دقیق انجام دهد. اشتباهات جراح که ناشی از خستگی و دید کم هستند اجتناب ناپذیر هستند.

در نانو جراحی، جراح از دسته‌هایی برای فرمان استفاده می‌کند تا بازوهای نانو ربات را که مجهز به ابزار جراحی کوچک هستند کنترل کرده و به محل موردنظر برساند. بازوی دیگر نانو ربات دوربینی حمل می‌کند که جراح می‌تواند محیط درون بدن را مشاهده کند.

نانو ربات قابل‌کنترلی که قادر است در جراحی سرطان مورد استفاده قرار گیرد در حال ساخت است. دقت کار این نانو ربات بیش از فناوری‌های رایج امروزی است. این نانو ربات که دقت بالا تنها یکی از مزایای آن است، قادر است در طول ۵ تا ۱۰ سال آینده به خدمت جراحان درآید. درون این دستگاه موتورهای بسیار کوچکی قرار دارد که این دستگاه را قادر می‌سازد تا به نقطه خاصی از تومور برود. این در حالی است که با هیچ دستگاه جراحی نمی‌تواند با دقت میلی‌متری روی تومورها کار کرد؛ اما نانو ربات‌ها این دقت را تا حد نانو میلی متر پایین می‌آورند. با این نانو ربات می‌توان آزمون‌های پاتولوژی یا تشخیص طبی را طی چند دقیقه انجام داد و حتی می‌توان دارویی را به‌منظور از بین بردن تومور با دقـت وارد بدن بیمار کرد. هم‌اکنون طراحی الگوریتم‌های حرکتی نانو ربات آزمون و فعالیت‌های مختلف این نانو ربات در حال انجام است. استفاده از نانو ربات به معنی کنار زدن جراحان در فرایند جراحی نیست بلکه جراحان باید به‌صورت ناظر روی فعالیت نانو ربات‌ها در طول جراحی نظارت داشته باشند و مانند نقش هدایتی خلبان در این مسیر ایفای نقش کنند.