Nanobot

fiktive mikroskopische Maschinen From Wikipedia, the free encyclopedia

Nanobots (auch Naniten) oder Mikro-/Nanoroboter (MNRs) sind kleine Systeme, die verschiedene Energiearten in effiziente Bewegungen für bestimmte Aufgaben umwandeln können. Sie sind in der Lage, ihre Umgebung wahrzunehmen, unabhängige Entscheidungen zu treffen und auf der Grundlage dieser Entscheidungen zu handeln. Sie sind auch unter spezifischeren Begriffen wie Mikro-/Nanomaschine, Mikro-/Nanomotor und Mikroschwimmer bekannt.[1]

Nanobots, die zur Manipulation einzelner Atome und Moleküle fähig sind, werden auch Assembler genannt. Eine wichtige Idee im Zusammenhang mit diesen ist die Möglichkeit der Selbstreplikation.

Allgemein

Heute mögliche Prototypen haben die Größe von Blutkörperchen oder darunter und sind zur Fortbewegung befähigt. Solchen Maschinen wird eine große Zukunft in der Medizin vorausgesagt, da sie selbsttätig beispielsweise im menschlichen Organismus auf der Suche nach Krankheitsherden (wie Krebszellen) zu deren Beseitigung unterwegs sind.

Diese Mikro-/Nanoroboter haben vom Mikro- zum Nanomaßstab bedeutende Fortschritte gemacht und könnten mithilfe verschiedener Top-down- und Bottom-up-Methoden hergestellt werden. Sie können auch in einer Vielzahl von Strukturen hergestellt werden, darunter Spiralen, Rohre, Stäbe, Nadeln, Janusstrukturen und Erdnussformen. Die Methoden zur Steuerung dieser Mikro-/Nanoroboter werden ständig verfeinert und gleichzeitig ihre Bewegungsfähigkeiten kontinuierlich verbessert, beispielsweise durch die Weiterentwicklung von 2D- zu 3D-Bewegungen, von der einfachen Verfolgung von Flugbahnen zur Hindernisvermeidung und von Einzelbewegungen zum koordinierten Clusterverhalten.[2][3]

Für medizinische Anwendungen wären auch lange, dünne, faserförmige Nanobots geeignet, die zwischen den Körperzellen oder in den Blutgefäßen verlaufen. Dadurch könnte es möglich werden, einem Patienten von außen gezielt Medikamente oder Substrate zuzuführen und Information über den Status quo von Zellen oder Geweben zu erhalten. Diese Anwendung der Nanobots wäre eine direkte Weiterentwicklung der minimalinvasiven Chirurgie. Die Positionierung und Steuerung von frei schwimmenden Nanobots wäre dann nicht mehr notwendig.

Stand der Forschung

Weltweit steigt das Interesse an Forschung über Nanobotern. Namhafte akademische Zentren engagieren sich auf diesem Gebiet, wie u. a. die ETH Zürich[4] oder die TU Darmstadt[5]. In Dänemark wurde ein Institut für Nanowissenschaften eingerichtet[6]

Es wurden bereits mehrere Herstellungsmöglichkeiten erforscht:[7]

Typische Formen sind kugelige Partikel (Janus‑Partikel mit zwei Materialhälften), Stäbchen/Nanowires, Spiralen/Schrauben (helixförmig), Plättchen oder gefaltete/gerollte Dünnfilme, die gezielt Strömungen oder Drehmomente erzeugen.[9][8]

Jede Bauform hat spezifische Herstellungsmethoden, Anwendungszwecke und einsetzbare Materialien.

Beispielsweise lassen sich stabförmige MNRs, bestehend aus zwei Komponenten in Längsrichtung gut durch elektrostatisches Spinnen als Endlosfilament herstellen. Eine Komponente enthält den Wirkstoff, die andere Komponente ist für den Transport (z. B. durch Licht) zuständig. Sie sind anfällig für Taumeln, Verdrehen und Rotieren in dynamischen Flüssigkeiten. Das macht sie besonders geeignet, wenn Kontakt mit der Umgebung erwünscht ist, wie z. B. bei gezielter Behandlung von Thrombolysen.[8]

Helixförmige MNRs bieten den spezifischen Vorteil einer effizienten schraubenförmigen Vorwärtsbewegung durch Rotation unter rotierenden Magnetfeldern, die hohe Geschwindigkeiten (bis zu mm/s) und präzise Steuerbarkeit auch gegen Strömungen oder in viskoelastischen Medien wie Blut ermöglicht – inspiriert vom bakteriellen Flagellum. Diese Art von MNRs eignet sich besonders für enge Kanäle (z. B. Arterien, Harnwege, Lunge), wo präzise Navigation gegen Blutfluss gefragt ist.[10]

Stand der Technik

Momentan (Stand: Dez. 2025) gibt es noch keine industrielle Fertigung von Nanobotern. Das hat mehrere Ursachen:

  • Schlüsselprozesse (z. B. Elektronenstrahl‑Lithografie, ALD, Zwei‑Photonen‑3D‑Druck) liefern zwar exzellente Präzision im Nano- bis Submikrometerbereich, sind aber extrem langsam und teuer, was Massenproduktion praktisch verhindert.[11]
  • Zentrale technische Probleme sind Biokompatibilität bzw. Toxikologie, sichere Energieversorgung, präzise Steuerung im komplexen Körperumfeld, zuverlässige Navigation und das sichere Entfernen oder Abbauen der Nanobots nach Gebrauch.[12]
  • Der überwiegende Teil der Forschung konzentriert sich auf Anwendungen im medizinischen Bereich. Für die Zulassung von Medizinprodukten fordern Behörden wie die FDA oder das deutsche Gesundheitsamt eine lückenlose Rückverfolgbarkeit. Dies ist mit herkömmlichen Methoden (z. B. schnell, zerstörungsfrei, haltbar) der Produktmarkierung noch nicht möglich.[13]
  • Viele Fertigungsrouten verlangen Ultra‑Hochvakuum, teure Laser oder hochreine Gase. Die Stückkosten eines funktionalen MNRs wären damit deutlich zu hoch für die breite Anwendung.[14]

Es gibt jedoch schon Unternehmen, die Werkzeuge, Geräte und Systeme für die Nanorobotik-Forschung, Fertigung oder Manipulation anbieten.[15][16]

Risiken

Es gibt detaillierte Analysen zur Gefährlichkeit von solchen Szenarien. Im Juni 2004 veröffentlichte das Institute of Physics einen Beitrag[17] von Eric Drexler, in dem er herausstellte, dass Schwärme von autonomen, selbstreplikativen Nanobots weder notwendig noch wünschenswert sind zur Realisierung von molekularer Fertigung. Stattdessen legt er Gründe für den Einsatz autoreproduktiver Fertigungssysteme dar. Ein detaillierter Entwurf für ein solches Alternativsystem stammt von Chris Phoenix.[18] Der Verzicht auf autonome, selbstreplikative Nanobots setzt jedoch voraus, dass alle an der Entwicklung von Nanobots beteiligten Personen verantwortungsbewusst und wohlwollend sind.

Chancen

Eine in der Fachzeitschrift Nature Biotechnology erschienene Arbeit beschreibt den Einsatz eines „DNA-Nanoroboters“ bei Tumoren in Mäusen.[19] Faktisch handelt es sich um eine Form des Drug Targetings.

Weitere Chancen sind

  • Medizin: Krebsbeseitigung, Nachbau von Knochen, Muskeln und Organen, Operationen
  • Produktion: Herstellung von Produkten, nur die richtigen Atome müssen vorliegen → Müll als Rohstoff
  • Rechnernetze und Überwachung durch „intelligenten Staub“
  • Militärische Anwendungen: Naniten könnten nicht nur zur Überwachung und Spionage eingesetzt werden, auch die Herstellung von benötigten Produkten wäre möglich. Aber auch der Einsatz als Waffe wäre nicht auszuschließen.
  • Dynamic Physical Rendering: Catoms, im Prinzip eine formvariable Materie.
  • Weltraumforschung: zum Beispiel als Von-Neumann-Sonden, die Nanobots könnten mit modifizierten Teilchenbeschleunigern oder Gaußkanonen im Vakuum aus der Erdumlaufbahn gestartet werden und/oder den Lichtdruck als Antrieb nutzen

Fiktion

Nanobots sind auch Gegenstand der Fiktion:

  • Im Jahr 1955 beschrieb Philip K. Dick in seiner Kurzgeschichte Autofac (deutsch: „Autofab“ oder „Krieg der Automaten“) die von den Menschen unerwünschte Entwicklung von um die Rohstoffe konkurrierenden Robotern zu Nanorobotern.
  • Der Roman Der Unbesiegbare von Stanisław Lem aus dem Jahr 1964, behandelt einen Planeten, der von Schwärmen derartiger Wesen bevölkert wird. Der Roman Fiasko im Jahr 1986 greift die Idee unter einem anderen Gesichtspunkt erneut auf.
  • Das von Eric Drexler in seinem Buch Engines of Creation geprägte Schlagwort des Grey goo[20] (etwa: „grauer Schleim“) hat eine gewisse Popularität gewonnen: Damit gemeint sind Myriaden von amoklaufenden und selbstvermehrenden, aggressiven Nanobots, die in kürzester Zeit alle Dinge auf der Erdoberfläche konsumieren.[21]
  • Im Roman Trinity Blood von Sunao Yoshida werden vier Menschen, die auf den Mars geschickt wurden, um die Kolonialisierung zu überwachen, Nanobots eingepflanzt die ihnen überirdische Kräfte verleihen, wenn sie die Nanobots aktivieren.
  • in der 10. Folge der 6. Staffel der Fernsehserie Akte X – Die unheimlichen Fälle des FBI aus dem Jahr 1999 mit dem Titel S.R. 819 werden Menschen mit Nanotechnologie infiziert und dadurch kontrollierbar gemacht. In Kevin J. Andersons Akte X-Roman Antikörper, der zwei Jahre zuvor erschien, entwickelt Nanotechnologie ein tödliches Eigenleben.
  • Die Borg, eine fiktive Rasse von Cyborgs der Science-Fiction-Reihe Star Trek, nutzen Nanobots (dort „Nanosonden“) zur Assimilation von lebenden Organismen. Diese bauen den Organismus so um, dass er sich in einen Borg verwandelt, wobei die von den Nanobots erzeugten Implantate Körper und Bewusstsein der Opfer durch eine ständige Verbindung zum Borg-Kollektiv fast vollständig kontrollieren.
  • In der Star-Trek-Serie Raumschiff Enterprise – Das nächste Jahrhundert werden in der ersten Folge der dritten Staffel (Die Macht der Naniten) bei einem schiefgelaufenen Experiment verbesserte Naniten freigesetzt, die gelernt haben, sich zu reproduzieren. Im Laufe der Folge übernehmen die Naniten die Kontrolle über das Raumschiff und lernen sogar, mit den Menschen an Bord zu kommunizieren.
  • Im Stargate-Universum (Stargate: SG1, Stargate Atlantis, Stargate: The Ark of Truth) gibt es ein ganzes Volk, das aus Naniten besteht, die Replikatoren bzw. Asuraner. Außerdem wurden sie dort einmal als Nanovirus, welches Halluzinationen und Hirnaneurysmen mit Todesfolge hervorruft, als Alterungsbeschleuniger und als medizinische Heilungsmethode eingesetzt.
  • In der Neuverfilmung von Der Tag, an dem die Erde stillstand besteht GoRT nur aus Naniten, welche jedes Material in Sekundenschnelle zersetzen und sich damit reproduzieren können.
  • Im 2009 veröffentlichten Film G.I. Joe – Geheimauftrag Cobra stellen Nanoroboter eine gefährliche Massenvernichtungswaffe dar, die durch einen korrupten Waffenhändler missbraucht werden.
  • In dem Pen-&-Paper-Rollenspiel Shadowrun werden Nanobots (hier auch Naniten oder „Nanoware“) in der Medizin, Produktion, zu Spionagezwecken, als Waffen sowie im Körper eingesetzt, um die Körperfunktionen zu optimieren oder unter anderem eine immer neu einstellbare Tätowierung zu präsentieren.[22]
  • Im Ego-Shooter Crysis werden Naniten, die in den sogenannten „Nanosuits“ gespeichert sind, zur Verstärkung der Menschlichen Fähigkeiten eingesetzt. Damit ist es dem Helden des Spiels z. B. möglich weitaus höher zu springen oder gegen Gewehrkugeln unempfindlich zu sein
  • Der Roman Beute von Michael Crichton befasst sich mit außer Kontrolle geratenen Nanorobotern
  • Der Roman Herr aller Dinge von Andreas Eschbach handelt von einem aus Japan stammenden Wissenschaftler, der durch sich selbst replizierende Roboter alle Menschen reich machen möchte. Das soll möglich werden, indem alle Arbeit von diesen Robotern übernommen wird
  • Der Roman Diamond Age von Neal Stephenson beschreibt detailliert eine nanotechnologisierte Zukunft
  • Im 2014 erschienenen Film Transcendence kommt Nanotechnologie zum Einsatz. Der Wissenschaftler Will stirbt aufgrund eines Anschlags. Sein Geist und seine Erinnerungen werden in ein Rechenzentrum hochgeladen und er beginnt als künstliche Intelligenz sich selbst zu entwickeln. Die Technologie entwickelt sich so weit, dass Nanoroboter durch Wolken in das Trinkwasser gelangen und sich auf der Erde ausbreiten. So ist Will überall anwesend und kann überall Einfluss nehmen. Mit Hilfe von Biotechnologie nimmt Will durch die Nanoroboter auch auf Menschen Einfluss und kann diese durch Vernetzung kontrollieren.
  • Die Handlung der Fernsehserie Revolution beruht auf weltweit verbreiteten Nanobots, die, je nach ihrer Programmierung, in beliebigen Bereichen der Erde, oder auch auf der ganzen Erde, die Nutzung von elektrischen Geräten verhindern können.
  • Filme Agent Cody Banks 1–2
  • Im 2018 veröffentlichten Buch Thalamus von Ursula Poznanski geraten Nanobots außer Kontrolle, die zu Heilungszwecken im Gehirn von Patienten eingesetzt wurden.
  • Im Film Keine Zeit zu sterben befindet sich James Bonds Gegenspieler Safin im Besitz einer Massenvernichtungswaffe, die einen DNA-basierten, tödlichen Nanobotvirus freisetzen kann.
  • In der Tatort-Folge Unsichtbar wird das Schmerzempfinden der Opfer mit Nanobots manipuliert.

Siehe auch

Weblinks

Commons: Nanobot – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

Einzelnachweise

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