Как быстро могут работать наниты

Простите меня, если это немного затянется. Я старался быть исчерпывающим и оставаться кратким. Комплексное победило в итоге.

Я определяю наномашину как искусственную механическую конструкцию в масштабе нанометра (10 ⁻⁹  м). Я бы предположил, что все, что измеряется ниже 100 нм, можно считать «в масштабе» нанометра. Я буду использовать блок размером 10 нм ³ в качестве общего размера для одной из этих наномашин.

Этот размер создает проблемы с мобильностью, точным движением, доступными строительными материалами и универсальностью среди других проблем. Я надеюсь подробно осветить их в ответе.

Кроме того, существует широкий спектр потенциальных применений этих машин, поэтому для простоты я предположу, что вы уничтожаете плохих парней и их вещи с помощью этих маленьких деструкто-ботов или создаете с их помощью что-то потрясающее.

Давайте коснемся первой темы: как быстро они могут двигаться?

Часто нанороботы внедряются в уже существующую систему (обычно водную) и служат определенной цели в этой системе. Я думаю, что сравнение их с катализаторами или клетками — довольно хороший способ взглянуть на это. При этом почти ничто такого размера не движется само по себе в природе. Единственные самодвижущиеся элементы на этом уровне, которые легко приходят на ум, — это вирусы и бактерии.

Самая высокая скорость, которую я могу найти для движения бактерий, составляет 200 микрон/сек (микрон равен ^10-6  м). Для чего-то размером 10 нм это невероятная скорость, хотя общее расстояние невелико. Если бы ваши машины двигались сами по себе, я произвольно думаю об удвоении, это все еще можно было бы считать правдоподобным. Я представляю максимальную скорость самодвижения ~400 микрон/сек .

Однако сами системы могут двигаться намного быстрее. Например, максимальная скорость кровотока в организме человека достигает ~180 см/с. Если бы вы транспортировали наномашины аналогичным образом (вытесняя водный раствор через клапаны под давлением), вам не пришлось бы заботиться об их перемещении. Это приводит к максимальной скорости, с которой может двигаться тонкий водный раствор (например, спирт). Однако должна произойти реакция между наномашиной и тем, что она ест. Я бы снова применил свое произвольное двойное правило к скорости кровотока, поскольку во время движения крови происходят бесчисленные реакции. Скорость движения системы ~400 см в секунду . Это значительно увеличивает скорость наномашин.

На самом деле, в зависимости от деятельности, которую обслуживают машины, это может сильно различаться. По сути, если вы толкаете их, они ограничены в скорости действия, которое они выполняют. Учитывая, что некоторые химические реакции в основном протекают мгновенно (фоторазложение), в то время как другие физические реакции могут длиться тысячелетиями (формирование алмаза), ваше разнообразие огромно . Я обращусь к этому позже, хотя.

Теперь переходим к следующей теме: как быстро они могут что-то прожевать?

Это также довольно изменчиво. Есть так много поверхностей, которые они могут прогрызть, от слабых мясистых мембран, которые мгновенно разрушаются даже мягкими химическими веществами, до пластины вольфрама , которая могла бы выжить при ударе о поверхность солнца (на мгновение). Я буду держать любые расчеты расплывчатыми, чтобы приспособиться к этому.

Я остановлюсь на металлическом магнии, так как он чем-то похож на алюминий (один из наиболее часто используемых металлов в современном производстве), и я нашел данные для него, не требуя больших исследований. Если вы реагируете магний (также алюминий) с соляной кислотой (HCl), он быстро растворяется. Я нашел эти данные из эксперимента по измерению скорости растворения магния в HCl. Порошкообразные образцы растворялись в течение 30 секунд при погружении в 3-молярную HCl. Можно получить кислоту с более высоким молярным содержанием, максимум около 12 М.. Оказывается, даже с самой сильной кислотой максимальная скорость растворения колеблется в районе 15 секунд. Эти образцы могут быть эквивалентны примерно 1 см ^ 3 твердого металла. Поскольку твердый металл имеет меньшую площадь поверхности, я воспользуюсь своим волшебным удвоителем и дам значение 1 см поверхности металла, растворяющегося каждые 30 секунд. Предполагая, что мы будем использовать наномашины только в том случае, если они будут более эффективны, чем эта кислота, я удвою эффективность, оставляя 1 см металла растворенным за 15 секунд .

Теперь последний вопрос: как быстро они смогут построить макроскопическую машину? (если я правильно понял)

Вот где я думаю, что наномашины немного преувеличены. Есть пара проблем, с которыми мы сталкиваемся.

1. Откуда машины берут материалы для строительства?
2. Как эти машины транспортируют эти материалы?
3. Как вы даете подробные инструкции машинам?

Имея в виду эти вопросы, я даю ленивый ответ: не используйте наномашины для производства

Прямо сейчас у нас есть так много всего, что является быстрым, точным и простым. Роботы уже производят детали, устройства и машины с невероятной скоростью. Эти части часто находятся в макромасштабе, а когда это не так, процесс по-прежнему невероятно эффективен. Я имею в виду, что у нас есть 3D-принтеры, которые используют лазеры и гель для создания всего, что вы можете нарисовать с точностью до микрона. Это быстро и дешево и легко. Я не думаю, что добавление наномашин значительно улучшит какой-либо аспект производства. Энергия, используемая для перемещения материалов с помощью наномашин и для подачи им инструкций, кажется очень полезной.

Их использование в создании лекарств и химикатов уже довольно удивительно. Они могут очищать материалы или продукты, обрабатывать материалы для конкретных целей и делать множество других вещей, но что касается создания самих больших машин, это не кажется слишком полезным (пожалуйста, перечислите любые полезные применения, которые вы можете придумать, в комментарии). ).

Возможно, лучше было бы нанороботов из Big Hero 6 . Вместо того, чтобы строить макромашины, эти наномашины, возможно, могли бы объединить свои усилия и совместно функционировать как макромашины.

В целом мой ответ сводится к следующему:

• Скорость самохода: ~400 микрон/сек.
• Скорость движения системы: ~400 см/сек.
• Скорость поедания металла: ~1 см/15 секунд
• Скорость создания макромашины: бесполезна для создания макромашин.

Это все очень общее, и в зависимости от специфики может немного варьироваться. Надеюсь, это поможет.

Я думаю, что ключ в том, чтобы охватить весы. Многоклеточный организм, такой как кит, — это не просто набор клеток, как биопленка или даже губка. У него есть система циркуляции, в которой материалы перекачиваются со скоростью, на много порядков превышающей те цифры, о которых вы сетуете, а сосуды и насос сделаны из тех же клеток. Существуют крупномасштабные системы, состоящие из органов, тканей, клеток эукариот. Продолжая движение вниз, эти сложные клетки состоят из органелл и внутренних систем распределения ресурсов, сделанных из нанотканей (если придумать термин), которые представляют собой массы отдельных наномашин.

Таким образом, вы не применяете массу примитивных нанороботов размером с прокариот для решения задачи метрового масштаба. Вы организуете их в ряд последовательных систем во все более крупных масштабах. Каждая система работает в масштабе, примерно равном ее собственному размеру, и состоит из систем в следующем масштабе.

Посмотрите на задачу прорыть в скале туннель метрового диаметра и какой-то длины. Рассмотрим разницу между дрелью и кольцевой пилой . Вам не нужно разрывать всю массу породы на молекулярном уровне. Вы разбиваете его на маленькие куски, а затем перемещаете эти куски. Это можно сделать, как растущие грибы, когда рабочая поверхность атакует скалу «ферментами» или другими наноинструментами, чтобы разорвать атомы на части. Энергия, сырье и охлаждение передаются с помощью системы циркуляции — кровь или сок по трубам движутся с высокой скоростью, а не с такой скоростью, как нанотранспорт внутри нанобота.

Убирать мусор можно так же, как это делает слепыш, создавая механические системы надлежащего масштаба, чтобы поднимать и толкать их. Таким образом, вы наращиваете ткани, а затем мышцы (или что-то еще — гидролики, ремни и шестерни).

• Я думаю, если вы хотите пойти с разборкой, выберите свою обычную фтор-сурьмяную кислоту. (наниты могут контролировать, куда течет)
• Настоящая проблема - это транспорт. Я могу только рассказать о том, как моя история обошла это: магнитные наниты, переносимые сверхпроводниками ( исходя из этого ).

• Для строительства, я думаю, было бы хорошо, если бы вы использовали эту стратегию: наниты получают небольшую задачу, назначенную им, они выполняют ее и строят блок структуры, которую вы хотите, эти блоки складываются вместе, в более крупные и более крупные. в более крупные, процесс будет повторяться.

• Коммуникация и хранение данных: используйте естественные вещества (ДНК, гормоны, нервы и т. д.), выберите самое стойкое существо в качестве базы для нанитов, наших повелителей тихоходок , тех, кто победил в эволюции.

И имейте в виду:

Сила нанитов заключается в их способности разбивать большую работу на более мелкие личные задачи. Вы не просто выращиваете сферу с постоянной скоростью, вы разрезаете ее на две части, а затем снова соединяете их, как только они достаточно вырастут.

Цитирую Это! - Отредактировано Отредактировано

И по вышеупомянутой причине, я не могу толком ответить на ваш вопрос, так как есть много способов постепенно уменьшать время строительства, но я дам вам ссылку, о древней нано-фабрике, то есть способна воспроизводить себя, имеет солнечные панели с меньшей эффективностью и к настоящему времени обогнала планету. Вот оно.