La nanorrobótica es el campo de las tecnologías emergentes que crea máquinas o robots cuyos componentes están o son cercanos a escala nanométrica (10−9 metros). De una forma más específica, la nanorrobótica se refiere a la ingeniería nanotecnológica del diseño y construcción de nanorobots, teniendo estos dispositivos un tamaño de alrededor de 0,1 a 10 micrómetros y están construidos con componentes de nanoescala o moleculares. También han sido usada las denominaciones de nanobots, nanoides, nanites, nanomáquinas o nanomites para describir a estos dispositivos que actualmente se encuentran en investigación y desarrollo.
En su mayoría las nanomáquinas se encuentran en fase de investigación y desarrollo, pero se han probado algunas máquinas moleculares primitivas. Un ejemplo de esto es un sensor que tiene un interruptor de aproximadamente 1,5 nanómetros de ancho, capaz de contar moléculas específicas en una muestra química. Las primeras aplicaciones útiles de las nanomáquinas podrían darse en la tecnología médica, estos dispositivos podrían ser usados para identificar y destruir células cancerígenas. Otra aplicación potencial es la detección de químicos tóxicos, y en la medición de sus concentraciones, en el ambiente. La Universidad Rice ha demostrado un auto de una sola moléculadesarrollado mediante un proceso químico y que incluye el uso de buckyballs como ruedas. Es conducido controlando la temperatura ambiente y posicionando la punta de un microscopio de efecto túnel.
Otra definción dice que es un robot que permite interacciones precisas con objetos de tamaño nanométrico, o puede manipular con resolución nanométrica. Tales dispositivos están más relacionados con la microscopía o conmicroscopio de sonda de barrido, en vez describir a los nanorobots como una máquina molecular. Siguiendo con la definición de microscopía incluso con grandes aparatos como un microscopio de fuerza atómica que pueden ser considerados como instrumentos nanorrobóticos cuando son configurados para realizar nanomanipulaciones. Desde esta perspectiva, robots de macroescala o microrobots que se pueden mover con precisión nanométrica también puede ser considerado como nanorobots.
De acuerdo a Richard Feynman, fue su ex estudiante graduado y colaborador Albert Hibbs quien le sugirió originalmente cerca de 1959 la idea de un uso médico para las micromáquinas teóricas de Feynman (ver nanotecnología). Hibbs sugirió que cierto tipo de máquinas de reparación algún día podrían ser minituriarizadas al punto de que en teoría podría ser como "tragarse al doctor", tal como lo dijo Feynman. La idea fue incorporada en el ensayo de Feynman publicado en 1959 There's Plenty of Room at the Bottom (en castellano: Hay mucho espacio en el fondo).
Dado que los nanorrobots serían de tamaño microscópico, probablemente sería necesario que trabajaran juntos una cantidad muy grande de dichos aparatos para poder llevar a cabo tareas microscópicas y macroscópicas. Estos enjambres de nanorrobots, tanto aquellos incapaces de autoreplicarse (como en una niebla útil) y aquellos capaces de autoreplicarse sin restricciones en el ambiente natural (como en una plaga gris), aparecen en muchas historias deciencia ficción, tales como las nanosondas de los Borg en Star Trek y en el episodio Una Nueva Raza de la serie de televisión The Outer Limits.
Algunos partidarios de la nanorrobótica, en reacción a algunos escenarios de terror en relación a la plaga gris que inicialmente ellos ayudaron a popularizar, sostienen el punto de vista de que los nanorrobots que son capaces de replicarse fuera de un ambiente restringido de una fábrica no necesariamente parte de una nanotecnología con intenciones de producción, y que el proceso de autorreplicación, si alguna vez se pudiera desarrollar, podría ser diseñado para ser inherentemente seguro. Estos aseguran que sus planes actuales para desarrollar y usar la fabricación molecular no incluyen replicadores de libre alimentación.
Las discusiones teóricas más detalladas acerca de nanorrobótica, que incluyen diseños específicos en temas como sensores, transporte de comunicación, navegación, manipulación, locomoción y computación integrada, han sido presentadas en el contexto médico de la nanomedicina por Robert Freitas. Algunas de estas discusiones permanecen al nivel de generalidades sin posibilidad de fabricarlas y no se aproximan al nivel de ingeniería de detalle.
El uso simultáneo de la nanoelectrónica, la fotolitografía y nuevos biomateriales proporcionan una posible aproximación para fabricar nanorrobots para aplicaciones médicas comunes, tales como para instrumentos quirúrgicos, diagnóstico y dosificación de drogas. Actualmente este método para la fabricación de nanotecnología es usado en la industria electrónica. De esta forma, nanorrobots prácticos podrían ser integrados como dispositivos nanoelectrónicos, lo que permitiría la tele-operación y capacidades avanzadas a los instrumentos médicos.
Las aplicaciones potenciales para la nanorobótica en medicina incluyen diagnósticos preliminares y dosificación de drogas para atacar el cáncer, instrumentación biomédica, cirugía,farmacocinética, el monitoreo de ladiabetes,54 55 56 y el cuidado de la salud.
Se espera que la futura nanotecnología médica empleé nanorrobots inyectados en el paciente para que funcionen a nivel celular. Los nanorrobots de uso médico deberían ser no replicantes, ya que la replicación aumentaría de forma indeseable su complejidad e interferiría con su misión médica.
La nanotecnología abarca un amplio rango de nuevas tecnologías para el desarrollo de soluciones personalizadas que optimizan la administración de productos farmacéuticos. Actualmente, los efectos colaterales dañinos de tratamientos tales como la quimioterapia comúnmente son el resultado de métodos de administración de drogas que no son precisos para identificar las células blanco. Investigaores en la Universidad de Harvard y el Instituto Tecnológico de Massachusetts, sin embargo, han sido capaces de pegar hebras de ARN especiales, de un tamaño de cerca de 10 nm de diámetro, a nanopartículas, rellenándolas con drogas utilizadas en quimioterapia. Estas hebras de ARN son atraídas a las células cancerígenas. Cuando la nanopartícula encuentra una célula cancerígena, se adhiere a ella, y suelta la droga al interior de dicha célula. Este método directos de administración de drogas tiene gran potencial para el tratamiento de pacientes de cáncer evitando los efectos negativos, asociados comúnmente a la administración incorrecta de las drogas.
Otra aplicación útil de los nanorrobots es asistir en la reparación de células de tejido a lo largo de los glóbulos blancos. El reclutamiento de células inflamatorias o de glóbulos blancos (que incluyen neutrófilos, linfocitos, monocitos ymastocitos) hacia el área afectada es la primera respuesta al daño de los tejidos. Debido al pequeño tamaño de los nanorrobots estos se podrían pegar a la superficie de las células blancas reclutadas, para infiltrarse a través de las paredes de los vasos sanguíneos y llegar al sitio de la herida, donde ellos pueden asistir al proceso de reparación del tejido, posiblemente usando ciertas substancias para acelerar la recuperación.
La ciencia detrás de este mecanismo es bastante compleja. El paso de las células a través del endotelio, un proceso conocido como transmigración, es un mecanismo que envuelve el encuentro de receptores en la superficie de la célula a moléculas de adhesión, el ejercimiento de fuerza activa y la dilatación de las paredes del vaso y una deformación física de las células migratorias. Al pegarse a las células inflamatorias migratorias, los robots efectivamente pueden "cabalgar" a través de los vasos sanguíneos, evitándose la implementación de un complejo mecanismo de transmigración por sí mismos.
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