نانو روبات‌هاي زيستي نوشين هژبرنژاد- دنياي كامپيوتر و ارتباطات «در آينده نانو روبات‌هاي هوشمند در مغز و بدن هر انساني به تعداد زياد وجود خواهند داشت و انسان را از ابتلا به انواع بيماري‌ها مصون مي‌دارند حتي روند پير شدن بشر را به تعويق مي‌اندازند و نيز قدرت جسماني و حافظه او را تقويت مي‌كنند.» شايد در نگاه اول اين جمله تداعي‌كننده پيش‌گويي‌هاي «آرتور سي‌كلارك» در رابطه با دنياي آينده باشد ولي جالب اينجاست كه اين پيش‌بيني از دكتر «كورزويل» متخصص علوم كامپيوتر و عضو موسسه ملي مهندسي در امريكاست. او هم اكنون به همراه گروهي از متخصصين، در زمينه كاربرد نانو روبات‌ها در زندگي آينده بشر تحقيقاتي انجام مي‌دهد و قرار است نتايج مطالعات اين گروه به صورت فيلمي با عنوان «داستان واقعي زندگي در آينده» در اواخر سال جاري ميلادي ارائه شود. بر اساس اين گزارش با استفاده از نانوتكنولوژي دستيابي به انرژي خورشيدي امكانپذير خواهد شد. انرژي خورشيدي قابل تبديل و استفاده به اشكال مختلف انرژي مي‌باشد و بشر را از منابع ديگر انرژي بي‌نياز مي‌كند. نانوروبات‌ها ماشين‌هاي كوچكي هستند كه براي انجام عملياتي خاص و بعضا تكرارشونده با دقت بسيار بالا طراحي شده‌اند. نانو( nano-) به معني يك بيليونيوم يا يك ميلياردم است. قطر موي سر انسان يك دهم ميليمتر است درنظر بگيريد، يك نانومتر صدهزار برابر كوچك‌تر از آن است .9-10 =1 nanometer (nm) . مكعبي با ابعاد 5/2 نانومتر ممكن است حدود 1000 اتم را در خود جاي دهد. با استفاده از دانش نانوتكنولوژي دانشمندان توانسته اند نانوروبات‌هاي زيستي طراحي كنند كه در بدن انسان قرار مي‌گيرند و نقش محافظ و درمانگر را ايفا مي‌كنند. اين ريزماشين‌هاي هوشمند قادرند چندين نسخه از خودشان تهيه كنند و جايگزين بافت‌هاي فرسوده يا آسيب‌ديده نمايند اين فرايند را خود تكثيري مي‌نامند. آنها نه تنها قادر به تشخيص محل دقيق سرطان خواهند بود بلكه داروي مناسب براي از بين بردن سلول‌هاي سرطاني را تزريق مي‌كنند. امروزه تحقيقات وسيعي در زمينه درمان بيماري‌هايي چون ديابت، بيماري‌هاي قلبي و ايدز در حال انجام است. نانوروبات‌ها داراي امكانات بالقوه‌اي هستند كه با اجتماع و قرارگيري به صورت كلوني قادرند بطور موشكافانه و دقيق از سيستم حفاظت كنند. در واقع با ساختاري اتمي و يا مولكولي در يك فرايند شناخته شده قرار داده مي‌شوند تا چرخه‌اي را كامل نمايند. تكنولوژي نانوروباتيك آنقدر سريع در حال پيشرفت است كه به يقين زندگي انسان از اواسط قرن جاري بكلي متحول خواهد شد. اين تغييرات شامل از بين رفتن بسياري از بيماري‌ها، كاهش عوامل و عوارض بسياري از امراض و حتي جراحي‌ها مي‌باشد. يكي از مهمترين برنامه‌هاي گسترش علوم روباتيك در جهان بيشتر كردن عمر بشر و مبارزه با پيري و عواقب آن است. از دهه 80 ميلادي تا كنون كوچك‌سازي (مينياتورسازي) از اهم فعاليت‌ها در زمينه علوم كامپيوتري بوده است. طبق گزارشات اعلام شده سرعت رشد تكنولوژي هر بيست سال دو برابر خواهد شد، در نتيجه تكنولوژي در سال 2050 حدود 32 برابر از سال 1950 جلوتر خواهد بود. يكي از شاخه‌هايي كه رشد تكنولوژي در آن بسيار چشمگير است، دانش پزشكي است. با ساخت ابزار و وسايل پزشكي در آينده روند پير شدن كند مي‌شود و مبارزه با بيماري‌ها آسان‌تر و مطمئن‌تر خواهد شد. در زمينه كالبدشناسي از نانوروبات‌ها به منظور تعيين محل دقيق آسيب استفاده خواهد شد. در شرايطي استفاده از نانو ربات‌هاي زيستي ضروري به نظر مي‌رسد كه امكان دسترسي به عضو موردنظر دشوار بوده يا امكانپذير نباشد يا حتي در مواردي كه عواقب دردناك و دشواري توسط پزشك پيش‌بيني شود. براي طراحي يك نانوروبات دانشمندان از مدل‌هاي طبيعي مثل ساختار رشته‌هاي DNA بهره مي‌گيرند. با بهره‌گيري از دانش نانو تكنولوژي دانشمندان قادر به ساخت حسگرهاي زيستي در ابعاد يك ميلياردم هستند. هم اكنون نانو روبات‌هايي كه در مراكز تحقيقاتي ساخته مي‌شود به اندازه‌اي كوچك هستند كه هنگام عطسه همراه با گرد و غبار به بيرون پرتاب مي‌شوند. يكي از اولين ريزروبات‌هايي كه براي كمك به علم پزشكي ساخته شد «سلئو» نام داشت. اين ميكروروبات براي جاسازي در داخل روده انسان طراحي شده بود. سئلو مجهز به يك چنگال و چند حسگر بود. حسگرها بدين منظور تعبيه شده بودند تا مانع برخورد با موانع شوند، وظيفه چنگال نيز برداشتن نمونه از سطح روده مي‌باشد. اين ريزماشين مي‌توانست يا خود حركت كند يا توسط پزشك با يك كنترل دستي به حركت درآيد. اسلوب كار نانوروبات‌هايي كه در داخل بدن كار گذاشته مي‌شوند، شبيه‌سازي از محيط، در فضايي سه بعدي است و تجزيه و تحليل اطلاعات در آنها بر مبناي روش‌هاي عددي مي‌باشد. نانوروبات‌ها مانند انسان به اطلاعات اطرافشان نياز دارند. حواس ماشيني يا حسگرها اين وظيفه را در نانوربات‌ها بر عهده دارد. به جرات مي‌توان گفت كه بسياري از اين حسگرها از حواس انسان بهتر و دقيق‌تر كار مي‌كنند. نانوروبات‌هاي زيستي به تغييرات حرارتي و شيميايي بسيار حساس هستند. زيرا اگر تغييرات حرارتي در بين سلول‌هاي عضوي از بدن وجود داشته باشد و يا ضرايب شيميايي متفاوتي بين آنها مشاهده شود، نشان از تغييراتي است كه در بين سلول‌هاي سالم رخ داده و در نتيجه حاكي از بيماري خاصي مي‌باشد. اينگونه ريزماشين‌ها به گونه‌اي طراحي شده‌اند كه به تفاوت‌هاي ضرايب شيميايي سلول‌ها بسيار حساس هستند و همچنين قادرند ميزان حرارت سلول‌ها را اندازه‌گيري نمايند. هنگامي كه ضرايب شيميايي و دمايي متفاوتي مابين سلول‌ها دريافت كنند با بررسي اطلاعات و مطابقت با داده‌هاي ذخيره شده بيماري موردنظر را تشخيص مي‌دهد. ناگفته نماند كه اين نانوروبات‌ها قادرند بين گزينه‌ها و موارد مشابه بهترين آنها را گزينش كنند، به عبارتي از هوش ماشيني در سطحي پيشرفته برخوردارند تا بهترين گزينه را در جهت تشخيص بيماري انتخاب نمايند. در مرحله بعدي نيز به درمان سلولي اقدام مي‌كند كه با تزريق دارو به سلول‌ها همراه است. گفته شده است كه بدليل نوع كار اين نانو روبات‌ها در بدن تجهيزات و يا سخت‌افزار اين ماشين‌هاي مولكولي بسيار پيشرفته و ابتكاري است. در ساخت سنسورهاي زيستي تنها روش‌هاي ميكروالكترونيكي كاربرد دارد. نانوربات‌هاي زيستي داراي سنسورهايي در ابعاد بسيار كوچك هستند و در عين حال به گونه‌اي طراحي شده‌اند كه با شرايط زيستي بدن انسان سازگارند. نانوربات‌هاي زيستي با داشتن حسگرهاي بسيار حساس از تجهيزاتي خواهند بود كه امور پزشكي را بتدريج متحول مي‌كند. در واقع مدلي از ماشين‌هاي مولكولي هستند كه با روش‌هاي خاصي ارتباطات و اتصالات بين سلول‌هاي بيولوژيكي را كنترل كرده و بهبود مي‌بخشد، به عبارتي روي نحوه عملكرد سلول‌ها نظارت كرده و كنترل صحيح آنها را به عهده مي‌گيرد. روش كار اين مدل‌هاي مولكولي بر اساس شبيه‌سازي در محيط سه بعدي است. تحقيقات در زمينه نانو ربات‌هايي كه مجهز به حسگرهاي زيستي و دارويي باشند در سطح گسترده‌اي در حال انجام است. مراحل آزمايشگاهي نانوروبات‌هاي زيستي در يك محيط واقعي با كنترل‌ها و سنجش‌هاي شيميايي و حرارتي در مسير مطلوبي قرار دارد. طراحي نانوروبات‌ها بر پايه و اساس نانوبيوالكترونيك مي‌باشد و حسگرهاي ويژه‌اي به نام نانوبيوسنسورها عملگرهايي هستند كه به روشي خاص عمل مي‌كنند و كاربرد آنها در جهت اهداف پزشكي و تحويل دارو به سلول‌ها مي‌باشد. اين پژوهش‌ها باعث پيشرفت‌هاي خارق‌العاده‌اي در زمينه نانو داروهاي هوشمند شده است. از ديگر وظايف تعريف شده در نانوروبات‌ها عملكرد آنها به عنوان antibady است. antibady به معني ماده‌ايي است كه در بدن توليد مي‌شود و به مقابله با بيماري‌ها مي‌پردازد. موضوع جالب اين است كه سيستم ايمني بدن با نانوروبات‌هاي زيستي سازش مي‌كند و در جهت رفع بيماري با آنها همكاري مي‌نمايد. از ديگر قابليت‌هاي تعريف شده در نانوبيوسنسورها بررسي زمان است، به عبارتي بررسي تشخيص بهترين زمان براي تزريق دارو به سلولهاست. نانو روبات‌هاي هوشمند قادر به تجزيه و تحليل منطقي شرايط زيستي سلول مي‌باشند، زيرا تزريق دارو به سلول‌ها اگر در زمان و موقعيت مناسب انجام شود به طور يقين تاثير مطلوب خواهد داشت و در غير اين صورت نه تنها به بهبود وضعيت بيمار كمك نخواهد شد بلكه داراي عواقب خطرناكي نيز هست. تجزيه تحليل‌هاي گوناگوني كه از بررسي محيط بدست مي‌آيد بسيار مهم و حساس است، از طرفي ابعاد بسيار كوچك يا مينياتوري اين ريزماشين‌ها محدوديت‌هايي را ايجاد خواهد كرد. مسئله بسيار مهم ديگر تامين انرژي لازم براي گرفتن اطلاعات و تجزيه و تحليل آنهاست. Adriano Cavalcanti يكي از پيشگامان درگسترش تكنولوژي نانو يا مهندسي اتوماتيكي مولكول‌هاي زيستي است، همچنين او رئيس CAN (Center for Automation in Nanobiotech) مي‌باشد. او به همراه گروهي از متخصصين اين رشته توانسته است دستگاه‌ها، وسايل و تجهيزات پزشكي مجهزي با استفاده از نانوروبات‌هاي زيستي توليد كند و گام‌هاي موثري در درمان بيماري‌هايي چون ديابت، انواع سرطان‌ها، كارديولوژي (بيماري‌هاي قلب) و نيز معالجه انوريسم (اتساع غيرطبيعي شريان‌ها) انجام دهد. آدرس‌هاي اينترنتي www.nanorobotdesign.com , www.canbiotechnems.com براي دسترسي به اطلاعات بيشتر و آشنايي با نحوه كار اين گروه مي‌باشد. مراحل كلي ساخت نانوروبات‌ها داراي دو بخش اصلي است ابتدا طراحي و ساخت تراشه‌هاي زيستي، به عبارتي ساخت تراشه‌هايي كه با ساختار ژنتيكي انسان سازگار بوده و براساس مدل ژنوم انسان طراحي شده باشند. در مراحل بعدي كه از حساسيت ويژه‌اي برخوردار است تست و انجام مراحل آزمايشگاهي به منظور بررسي واكنش بدن و چگونگي تاثيرگذاري نانوروبات‌هاست. يكي از اهداف ابداع اين گونه روش‌ها مقابله با بيماري‌هاي صعب‌العلاج و همچنين انواع سرطان‌ها است. طراحان نانوروبات‌هاي زيستي معتقدند كه درمان بيماري‌هايي به ويژه سرطان با اين روش موثرتر و همچنين ريسك خطرپذيري در آن بسيار كمتر است، زيرا اين نانوروبات‌هاي زيستي بدون تاثيرگذاري روي سلول‌هاي سالم، سلول‌هاي بيمار و سرطاني را مورد هدف قرار مي‌دهد. ناگفته نماند كه يكي از مشكلات درمان سرطان‌هاي گوناگون، داروها و مواد از بين برنده اين سلولهاست، زيرا علاوه بر اينكه روي سلول‌هاي سرطاني تاثير مي‌گذارد سلول‌هاي سالم را نيز از بين مي‌برد. امروزه در كنار شناخت بيماري‌ها و روش‌هاي درماني آنها، آگاهي و دسترسي دقيقي نسبت به اجزاي بدن حاصل شده و شاهد هستيم كه پزشكان قادر به پيوند اندام‌هايي به بدن انسان مي‌باشند كه تاكنون غيرممكن بوده است. پيوند اعضاي مصنوعي و جايگزين كردن آنها با عضو از كار افتاده از مسائل بسيار حساس و پيچيده است كه امروزه قابل انجام مي‌باشد. ناگفته نماند كه اين جراحي‌ها خطرات نه چندان كوچك و عواقب دردناك و دوره درمان بسيار بالايي دارند. ديگر آنكه اعضاي پيوندي و اندام‌هاي مصنوعي هنوز كارآيي بافت‌هاي طبيعي و اوليه را پيدا نكرده‌اند. براي مثال بايد گفت اگر دست يك كارگر زير تيغ دستگاه‌هاي صنعتي قطع شود خوشبختانه پزشكان قادرند كه دست را به بدن فرد پيوند زنند و حيات را به سلول‌ها باز گردانند. اما متاسفانه دست موردنظر همه قابليت‌هاي اوليه را نخواهد داشت، زيرا هنوز اطلاعات لازم براي اتصال اعصاب و بافت‌هاي جدا شده كه مطابق حالت طبيعي باشد به دست نيامده است. از طرفي داروهايي كه براي درمان انواع بيماري‌ها ساخته شده است، خود آسيب‌هاي ديگري به سلامت بدن انسان وارد مي‌سازند زيرا كه محيط و هدف خود را به طور دقيق نمي‌شناسند و مي‌تواند مولد زيان‌هايي حتي بزرگ‌تر از مشكلات اوليه باشد. از طرفي ظهور بيماري‌هايي نظير ايدز با ويروس مرموز HIV كه روش‌ها و داروهاي كنوني از شناسايي و نابود كردن كامل آن عاجزند، خود دليلي بر متحول شدن دنياي پزشكي است. دانش نانوتكنولوژي توليد و ساخت تجهيزاتي در مقياس نانومتريك را ممكن مي‌سازد. تجهيزاتي در ابعاد اتم يا مولكول با ويژگي‌ها و خواص شيميايي كاملا" منحصر به فرد و شناخته ‌شده. در واقع متخصصين با دستكاري اتم‌ها بطور جداگانه و جاي دادن دقيق آنان در مكاني خاص قادرند ساختار دلخواه و مطلوبي را توليد كنند. پژوهش‌هاي انجام شده ساختاري را ارائه مي‌كند كه مي‌تواند پيشرفت‌هاي حيرت‌انگيزي را در صنعت دارو و درمان بيماري‌ها و آسيب‌هاي زيستي ايجاد نمايد. نانوبيوروبات‌ها سيستم‌هايي هستند كه شناساگر، تحليل‌كننده، ترميم‌كننده، متحرك و بسيار دقيق مي‌باشند كه قادرند بخش عظيمي از مشكلات پزشكي امروز را برطرف سازند. اين ماشين‌ها با اطلاعات كامل از ساختار بدن و حتي اجزاي سلول‌هاي بدن به راحتي قادر به حفاظت افراد در برابر باكتري‌ها، ميكروب‌ها و ويروس‌هاي بيماري‌زا مي‌باشند. با استفاده از اينگونه روش‌هاي درماني محققان قادر به ساخت بافت‌هاي بسيار مقاومي براي بدن انسان هستند كه حتي با افتادن از ارتفاع زياد هم كوچك‌ترين خدشه‌اي در عملكردشان وارد نشود و سلامت خود را حفظ كنند. آينده علوم و مهندسي چند گرايشي (Multi- Disciplinary) است و هر روزه به سمت توليد ماشين‌هاي مولكولي سوق داده مي‌شود تا در نهايت بتواند مجموعه‌هايي از ﭘيوندهاي ارگانيك و سايبريك را عرضه كند. با پيشرفت در نانوتكنولوژي دانشمندان قادرند تا نانوحسگرهاي ويژه‌اي با كاربردهاي نانوبيوالكترونيك و بيولوژيكي براي عملياتي خاصي ابداع كنند. برخي معتقدند «نانوتكنولوژي روند زيان‌بار ناشي از انقلاب صنعتي را معكوس خواهد كرد.» از طرفي برخي اعتقاد دارند كه پيش‌بيني‌هايي كه در رابطه با سرعت پيشرفت تكنولوژي صورت گرفته است تا حدي اغراق‌آميز و خوشبينانه مي‌باشد. زيرا با درنظر گرفتن سرعت گرم شدن زمين، اثرات گلخانه‌اي، گسترش بيماري هاي عفوني و بعضا ناشناخته، آلودگي زمين و هوا، كمبود مواد غذايي و بسياري از موارد ديگر، تعيين زمان اينگونه پيش‌گويي‌ها بسيار خوشبينانه است.