Nanobots – 🤖 roboter lexikon

Nanobots, auch als Nanoroboter bezeichnet, sind extrem kleine Maschinen, die im Nanometerbereich (ein Nanometer entspricht einem Milliardstel Meter) operieren. Sie gehören zum Forschungsfeld der Nanotechnologie und sind darauf ausgelegt, Aufgaben auf molekularer oder zellulärer Ebene auszuführen. Diese winzigen Systeme bestehen in der Regel aus biokompatiblen Materialien wie DNA-Strukturen, Kohlenstoff-Nanoröhren oder Metallen und können mit Sensoren, Aktuatoren und gegebenenfalls einer Energiequelle ausgestattet sein (Cavalcanti et al., 2008).

Die Hauptanwendungsgebiete von Nanobots liegen in der Medizin, der Umwelttechnik, der industriellen Materialwissenschaft sowie in der Grundlagenforschung. In der Medizin könnten Nanobots beispielsweise zur gezielten Medikamentenabgabe eingesetzt werden. Sie könnten Wirkstoffe direkt an betroffene Stellen im Körper, etwa Tumorzellen, transportieren und dadurch Nebenwirkungen auf gesundes Gewebe minimieren (Wang & Gao, 2012). Auch in der Krebsbehandlung wird untersucht, wie Nanobots bösartige Zellen erkennen und gezielt zerstören können, ohne umliegendes gesundes Gewebe zu schädigen (Nel et al., 2006). Ein weiteres medizinisches Einsatzgebiet liegt in der Frühdiagnose von Krankheiten durch das Erkennen krankheitsspezifischer Biomarker im Blutkreislauf. Außerhalb der Medizin könnten Nanobots zur Beseitigung von Umweltverschmutzungen beitragen, etwa durch die Entfernung toxischer Substanzen aus Wasser oder Luft oder den Abbau von Öl bei Ölkatastrophen (Rai & Ingle, 2012). In der Industrie wird ihr Potenzial zur Herstellung oder Reparatur von Materialien auf molekularer Ebene untersucht, beispielsweise im Bereich der Mikroelektronik oder bei der Entwicklung neuer Werkstoffe. Auch in der wissenschaftlichen Forschung dienen Nanobots als Werkzeuge zur Untersuchung biologischer Prozesse auf zellulärer Ebene.

Trotz vielversprechender Fortschritte befinden sich viele dieser Anwendungen noch in der experimentellen Phase. Der Bau vollständig autonomer und steuerbarer Nanobots stellt nach wie vor eine erhebliche technologische Herausforderung dar. Probleme wie Energieversorgung, präzise Steuerung, Biokompatibilität und Sicherheit sowie die Massenproduktion müssen noch gelöst werden, bevor ein breiter Einsatz möglich ist (Freitas, 2005).

Naja, die Untersuchungen haben gezeigt, dass die Fähigkeit zur gezielten Fortbewegung keineswegs an ein zentrales Nervensystem oder ein Gehirn gebunden ist. Dies zeigen neue von Hartl, Levin & Zöttl (2025), die sich mit der Frage beschäftigt haben, wie Mikroorganismen ohne zentrale Steuerung in Flüssigkeiten navigieren können. Dabei wurde nicht nur ein faszinierendes biologisches Phänomen entschlüsselt, sondern auch ein vielversprechender Ansatz für technische Anwendungen entwickelt, etwa für die autonome Steuerung von Nanobots. Für die Untersuchungen modellierte man in Computersimulationen Mikroorganismen als lineare Ketten von Massepunkten, die sich relativ zueinander bewegen können, etwa vergleichbar mit einer Perlenkette. Jedes Element dieser Kette war nur in der Lage, Informationen von seinen direkten Nachbarn zu verarbeiten und entsprechend darauf zu reagieren. Die Herausforderung bestand darin, eine lokale Verhaltensregel zu finden, nach der sich jede Einheit verhalten konnte, um in Summe eine koordinierte Bewegung der gesamten Struktur zu erreichen. Zur Umsetzung dieses Konzepts griff man auf eine stark reduzierte Form künstlicher Intelligenz zurück, indem jedem virtuellen Teilchen ein minimalistisches neuronales Netzwerk mit nur 20 bis 50 Parametern zugewiesen wurde. Dies diente weniger der Nachbildung eines biologischen Gehirns, sondern vielmehr als technisches Werkzeug zur Entscheidungsfindung auf Basis lokaler Informationen, die bekanntlich in natürlichen Systemen durch physikalisch-chemische Reaktionen verwirklicht werden. Die Ergebnisse der Simulationen zeigten, dass selbst extrem einfache Steuerungsmechanismen ausreichen, um ein robustes und effizientes Schwimmverhalten hervorzubringen, wobei die Bewegungsmuster der künstlichen Mikroorganismen nicht nur zielgerichtet waren, sondern auch widerstandsfähig gegenüber Störungen oder strukturellen Veränderungen. Damit konnte gezeigt werden, dass eine dezentrale Steuerung komplexe Bewegungsabläufe ermöglichen kann, wie sie in der Natur bereits vielfach zu beobachten sind. Auf Basis solcher Strukturen könnten Nanobots entwickelt werden, die sich eigenständig in flüssigen Medien bewegen, etwa um gezielt Medikamente im menschlichen Körper freizusetzen oder umweltbelastende Ölverschmutzungen aufzuspüren und zu beseitigen. Solche Systeme könnten diese durch ihre dezentrale Steuerung besonders anpassungsfähig und fehlertolerant machen.

Literatur

Cavalcanti, A., Shirinzadeh, B., Freitas, R. A. & Hogg, T. (2008). Nanorobot architecture for medical target identification. Nanotechnology, 19(1), 015103.
Freitas, R. A. (2005). What is nanomedicine? Nanomedicine: Nanotechnology, Biology and Medicine, 1(1), 2–9. https://doi.org/10.1016/j.nano.2004.11.003
Hartl, B., Levin, M. & Zöttl, A. (2025). Neuroevolution of decentralized decision-making in N-bead swimmers leads to scalable and robust collective locomotion. Communications Physics, 8, 194.
Nel, A., Xia T., Mädler, L., & Li, N. (2006). Toxic Potential of Materials at the Nanolevel. Science, 311(5761), 622–627. https://doi.org/10.1126/science.1114397
Rai, M. & Ingle, A. P. (2012). Role of nanotechnology in agriculture with special reference to management of insect pests. Applied Microbiology and Biotechnology, 94, 287–293.
Wang, J. & Gao, W. (2012). Nano/microscale motors: biomedical opportunities and challenges. ACS Nano, 6(7), 5745–5751. https://doi.org/10.1021/nn302634m