Nanomaszynami zajmuje się dziedzina nauki zwana nanotechnologią. Wypadałoby w takim razie napisać na początku o tym, czym zajmuje się ten dział.

Nanotechnologia – inżynieria w bardzo małej skali. Wiąże się ona z opanowaniem technologii przekształcania materii w skali pojedynczych atomów, czyli odległości rzędu nanometrów.

Pojęcie nanotechnologii, a także samych nanomaszyn, nie istniałoby bez dwóch wynalazków: nanocylindrów i nanorurek.

Nanocylindry powstały dzięki odkryciu fluerenów. Są to stabilne molekuły składające się z atomów węgla. Składają się na nie sferyczne powłoki, a pod okularem mikroskopu elektronowego przypominają piłkę futbolową. Naukowcy wierzą, że w przyszłości nanocylindry mogą posłużyć do wytwarzania energii fotoelektrycznej.

Nanorurki odkryto w 1992 r. Strukturalnie przypominają nanocylindry. Są także zbudowane z kilkunastu sferycznych powłok, jednakże pod mikroskopem ich forma przypomina otwartą obustronnie rurę (stąd nazwa – nanorurka). Dziwić mogą właściwości nanorurki – jest ona twarda niczym diament, a jednocześnie bardzo elastyczna i sprężysta. Jej wielkość jest różnorodna – najmniejsze mają średnicę wewnętrzną około jednego nanometra (0.000.000.001 m), największe natomiast osiągają średnicę milimetra. Produkcja nanorurek, ze względu na ich osobliwe właściwości, jest niezwykle kosztowna, bowiem za wyprodukowanie jednego kilograma należy zapłacić około milion dolarów. Jednakże jest to ze wszech miar opłacalna inwestycja. Dzięki nanorurce można wykonać elektromechaniczny układ sterujący motoryką nanomaszyn, bądź też stworzyć prądnicę generującą słaby prąd. Istnieje nawet możliwość odzyskiwania energii wprost z oceanu przy użyciu mat złożonych z nanorurek.

Transformacja materii

Podstawowym założeniem nanotechnologii, a jednocześnie nadrzędnym zadaniem nanomaszyn, jest transformowanie każdej materii na poziomie atomów. Proces ten jest niesamowicie złożony.

Otóż podstawą do transformacji materii jest… DNA. Posiada ono wiele zalet przydatnych nanoinżynierom. Pod mikroskopem DNA przypomina spiralne schody. Tak naprawdę składa się jednak z dwóch łączących się w spójną całość łańcuchów. Każdy szczebel tej drabiny zbudowany jest z permutacji czterech podstawowych molekuł. Różnorodne kombinacje owych molekuł kodują całą różnorodność budowy i cech życia ziemskiego. Naukowcy pracują nad tym, aby za pomocą nanomaszyn w dowolny sposób przyłączać DNA do martwej materii niewielkich rozmiarów, przykładowo kuli bądź sześcianu, a następnie łączyć ze sobą te kształty.

Wiele substancji tworzy krystaliczne, regularne kształty – jest to własność między innymi większości metali, a także kryształów. Tak więc badanie regularnego kształtu danej substancji, a następnie łączenie dowolnych obiektów w takie właśnie kształty, pozwoli na przetransformowanie materii. Jest to jednakże tylko założenie.

Monitorowanie

W przyszłości nanomaszyny mogą posiadać olbrzymie zastosowanie zarówno w medycynie i dokładnym badaniu ciał organizmów żywych, jak i nawet w monitorowaniu rozmaitych rzeczy – dotyczących choćby rolnictwa.

Nanomaszynami, a dokładniej biosensorami, w przyszłości będzie można monitorować stan zdrowotny ludzi i zwierząt. Zaistnieje dzięki temu możliwość bardzo szybkiego wykrywania nawet najgroźniejszych chorób i natychmiastowego leczenia ich, co z pewnością zmniejszy stopień śmiertelności na świecie. Wszelkiego rodzaju operacje, zarówno te bardziej złożone, jak i te mniej, będą mogły wykonywać nanomaszyny. Zagwarantuje to precyzyjność operacji i możliwość dotarcia do miejsc niedostępnych człowiekowi.

Nanoroboty wykorzystywać będzie można również do monitorowania żywności i wody. Możliwe dzięki temu stanie się natychmiastowe wykrycie metali ciężkich, toksyn, gazów trujących, a nawet mikroorganizmów patogennych.

Najprostszym sposobem na konstrukcję nanomaszyn jest dogłębne podpatrywanie natury. Naśladując ewolucję w naturze właśnie, naukowcy starają się rozwiązać problem konstrukcji nanomaszyn.

Zespół naukowców z Cornwell University połączył naturalny nośnik wiązań energii ATP (służy on jako zasilanie), ze sztucznie stworzoną molekułą. Efekt – oba komponenty razem tworzą działającą maszynę. Można ją wpuścić do krwioobiegu człowieka, gdzie ta swobodnie porusza się, gdyż sztuczna molekuła stanowi coś w rodzaju napędu. Stworzona przez naukowców maszyna, a dokładniej śruba napędowa, obraca się z prędkością 4 obrotów na minutę, a cała struktura działa przez około 40 minut.

Jednakże naukowcy mierzą znacznie wyżej. Ich celem jest stworzenie samoreplikujących się (samoczynnie powielających się, poprzez budowanie swoich duplikatów) maszyn. Są oni do tego przedsięwzięcia wręcz zmuszeni, a to za sprawą ogromnej czasochłonności i wysokich kosztów produkcji każdej z nanomaszyn. Większość zadań (zmiana materii, operacje, itp.) w skali nano wymaga jednoczesnego działania milionów, a nawet bilionów nanomaszyn.

Jednakże umiejętność samoreplikacji to jednocześnie największe zagrożenie dla człowieka.

W przyszłości nanomaszyny będą zdolne do manipulacji atomami i przekształcania materii w zaprogramowane struktury, a także w swoje własne duplikaty. Jeśli coś pójdzie nie po myśli naukowców, przykładowo, jeśli nanomaszyny uzyskają cechy wirusów albo będą je transportować, staną się ogromnym zagrożeniem dla człowieka. Zatrzymanie nanomaszyn stanie się wtedy praktycznie niemożliwym, a to ze względu, iż będą one samowystarczalne (własne zasilanie), a w dodatku z łatwością będą w stanie penetrować ludzki organizm.

Tak więc nanomaszyny stanowią ogromny postęp naukowy – wielkie odkrycie idzie tutaj jednak w parze z olbrzymim zagrożeniem.