オープンサイエンスとAIによるナノテクノロジーの革新

ナノテクノロジーは明らかに非常にポピュラーな流行語であり、科学技術におけるいくつかの注目すべき用途からなる。 このオープンサイエンスと人工知能に関する新しい記事では、両方がナノテクノロジー研究にどのように影響するかを探ります。

雑学:「オープンソース」という用語は、アメリカのナノテクノロジー専門家であり、主にナノテクノロジー研究に焦点を当てているForesight Instituteの共同創設者でもある未来派のChristine Petersonによって造られました。

ナノテクノロジーとは何ですか?

ナノテクノロジーとは何かを理解する前に、まず「ナノ」という用語を見てみましょう(これは、FOSSコミュニティの多くのLinuxユーザに人気のあるテキストエディタを思い出させるかもしれません)。 どちらの場合も、「ナノ」とは単に測定規模のことです。 たとえば、距離をナノメートル(nm)で測定したい場合、メートルで比較可能な値は次のようになります。

1メートル= 1000,000,000ナノメートル。

つまり、10億分の1メートルかかるとすると、1 nmになります。 それで、それは非常に小規模の測定です。 このセクションに含まれているビデオは、そのような小規模なものにあなたを連れて行き、非常に簡単な方法でナノテクノロジーを説明します。

ナノテクノロジーは、ナノスケールで現象を研究するために科学、工学および技術を使用してさまざまな技術の実装です。 一般に、そのような研究は1〜100nmの範囲で行われる。

ナノテクノロジーはなぜそれほど重要なのでしょうか。

ナノテクノロジーは、生物学、物理学、化学、材料科学、その他多くの分野のような多様な分野に広く適用されているため、非常に重要です。

以下のようにナノテクノロジーの注目に値するアプリケーションのいくつかについて説明すると、その重要性をさらに理解することがはるかに容易になります。

1.ヘルスケア

ナノテクノロジーがナノスケールで機能することをすでに知っているように、それは私たちが分子レベルおよび亜原子レベルで機能できることを意味します。 例えば、ナノ医療は治療薬分子(薬に含まれている)を消費後すぐに目的のタンパク質に固定することができるため、ドラッグデリバリーの分野で革命を起こしました。 これはナノ粒子の助けを借りて行われます。

ナノテクノロジーのおかげで、化学療法は病気に罹患した部位にのみ集中できるようになり、全身が癌治療の過程を経る必要がなくなることが保証されています。 このように、化学療法は癌性領域を取り除くために有毒化学物質の使用を含むので、免疫系は破壊されることから救われる。

ナノロボティクス

あなたは既にNanobotsについて聞いたことがあるかもしれません。 「ナノ」と呼ばれる用語について先ほど説明したように、ナノボットはナノスケールで構築されたインテリジェントマシンです。

ナノボットは医学や産業に非常に役立ちます。 特定のタスクを実行するように事前にプログラムすることができます。 例えば、ナノボットは非常に効果的な方法で油汚染に取り組むために使用することができ、それによって環境の浄化に役立ちます。

今日のAI(人工知能)は、ナノロボットを大いに力づけています。 AIとナノテクノロジーがどのようにして互いに効果的に収束するかについては、後のセクションで簡単に説明します。

バイオマテリアル

バイオマテリアルは、病気の治療や診断に医学的に使われる物質です。 それらは、損傷した生物学的機能を修復、置換または刺激するための生物学的システムにおいて使用するための生体組織または人工的に作成された材料を含み得る。 上記のビデオタイトルでは、ヒントとしての単語としてのバイオミメティックは、特定の生物学的システムの動作を模倣することを意味します。

ナノテクノロジーはナノスケールレベルの精度を可能にするので、それはバイオマテリアルを開発するための恩恵です。 例えば、骨組織工学では、セラミックス、ポリマー、金属および複合材料をナノスケールで開発することができ、極めて高い精度が可能になります。 そのようなナノ相生体材料は整形外科用インプラントにおいて非常に重要である。

なぜオープンソースのナノテクノロジーが必要なのでしょうか。

画像クレジット:AZoNano

Nature誌の「Make nanotechnology researchをオープンソースにする」という記事は、オープンソースアプローチの採用を奨励し、ナノテクノロジーのイノベーションが特許の悪用によって大きく妨げられる可能性があることについて非常に簡単な方法で説明しています。

ナノテクノロジーにおける過度の特許取得により、次のことがもたらされます。

  • コストの増加
  • 技術開発を遅らせ、
  • パブリックドメインから基本的な知識を削除します

また、オープンソースモデルによって、ナノテクノロジー企業がIPを気にせずに研究やテクノロジーの利用に最適なツール、材料、デバイスを自由に使用できるようにする方法が明確に強調されています。独占。

ライセンス料が不要になり、コストが削減されます。 そのような節約は代わりに革新のために使うことができ、それは会社が生き残るために非常に必要です。 この開放性はまた、小規模な新興企業が市場に参入し、ナノテクノロジー研究を革新する余地をもたらします。

ナノテクノロジーの分野は、情報(化学式など)、ソフトウェア(たとえばモデリングツール)、およびハードウェア(原子間力顕微鏡など)の組み合わせです。 3つの分野すべてがオープンソースの原則を採用することができ、これに向けていくつかのステップがすでに取られています。

Pearce、JM(2012)。 ナノテクノロジー研究をオープンソースにする。 Nature、 491 (7425)、519−521。 土居:10.1038 / 491519a

ナノテクノロジーに向けたオープンサイエンスアプローチ

オープンソースがどのようにナノテクノロジー研究に革命をもたらしたかを見てきたので、オープンソースナノテクノロジーにおける3つの重要な取り組みについて詳細に議論しましょう。 最初のサイエンス記事から思い出すと、オープンサイエンスはオープンソース、オープンアクセス、オープンデータ、そしてオープンスタンダードを意味します。

1. nanoHUB:ナノテクノロジーにおける大規模オープンソースイニシアチブ

先ほど取り上げた記事でも触れましたが、nanoHUBは、National Nanotechnology InitiativeをサポートするためにNCN(Network for Computational Nanotechnology)という大学ネットワークを設立した2002年に米国国立科学財団によって最初に開始されたイニシアチブです。

nanoHUB.orgは、ナノテクノロジーの問題を解決するために、研究者、教育者、および専門家が協力し、リソースを共有するのを促進しました。

NCNには3つの崇高な目標があります。

  • 計算ツールをオンラインにする
  • ツールを使いやすくする
  • ツールとナノサイエンスについてユーザーを教育する。

教育的観点から書かれた紙の上でそれについてもっと読んでください。 nanoHUBに関する有用な参考文献を含む、より最近の論文もここで読むことができます。

caNanoLab:生物医学におけるナノテクノロジーの利用をスピードアップする

もう一つのオープンソースイニシアチブ、caNanoLabはデータ共有を可能にし、応用ナノテクノロジーの利用をより便利にします。 ポータルは、研究コミュニティ間での情報共有を可能にし、生物医学におけるナノテクノロジーの利用を加速させ検証します。

バイオインフォマティクスと同様に(以前のオープンサイエンスの記事で説明したように)、ナノインフォマティクスも研究分野として浮上してきました。 それは主にナノテクノロジーに関連するすべてのデータを扱います。 このデータが収集され検証された後、有用なアプリケーションのためにさまざまな方法で保管および分析されます。 caNanoLabは、ナノインフォマティクス研究をはるかに容易にします。

3. NBI:ナノバイオマテリアル相互作用知識ベース

NBIナレッジベースは、生物学的システムがナノ物質曝露によってどのように影響を受けるかについて公平に理解するためのプラットフォームとして、産業界、学術界、一般市民、および規制当局によって使用されるために作成されました。

ポータルには、2つのセクションがあります。

ナノ材料ライブラリー

ここでは、材料タイプ、コア、表面化学、形状、電荷、サイズ、デンドリマー生成などの注目すべきパラメータを含むナノ材料のライブラリを検索できます。

ナノ材料の分析

このセクションには、ライブラリと同様のすべてのパラメータがありますが、分析表示を目的としたヒートマップとプロットという2つの追加オプションがあります。

ナノテクノロジーにおける3つのオープンサイエンスイニシアチブについて話しましたので、このリンクをナノテクノロジー研究のためのいくつかの徹底的なリソースを含むままにすることによってこのセクションを締めましょう。 このページは、他の取り組みへのリンクも含まれているeNanoMapperデータベースを対象としています。

オープンソースNanoAI:AIとナノテクノロジーのオープンコンバージェンス

それがどういうわけかAI(人工知能)とナノテクノロジーがいつか収束をしなければならなかったことはその非常に明白です。 これは驚くべき可能性の全く新しい時代を切り開きました。

今日のAIは、ナノテクノロジー専門家が直面する多くの課題を解決することができます。 いくつかの方法は以下のようにリストされています。

  • ナノスケール実験から得られた結果の解釈
  • 複数パラメータの効果的な推定
  • ナノ材料特性と複雑なI / O応答の自動評価
  • システム最適化
  • ナノコンピュータ用のデータとアルゴリズムの設計

人工知能とナノテクノロジーの詳細については、こちらをご覧ください。

オープンソースの観点から、ナノテクノロジーにおけるAIの上記のすべてのアプリケーションを考えてみると、高まった利点を明確に捉えることができます。 ナノテクノロジーの研究者は、オープン情報、ソースコード、データセットを共有することで効果的に共同作業を行うことができます。

そのため、オープンソースNanoAIは、人工知能とナノテクノロジーの両方を実装するソフトウェアを含むFOSSとの連携を容易にします。

あなたは、AIがナノテクノロジーを使用して損傷したものの交換や修復のための人間の臓器を作り出し、人々がより長く生きることができることを知っていましたか? さらに、AIはナノ幹細胞から人工の肉を作るのにも使うことができます!

幹細胞は、私達が見ているように、非常に高い目的のために使うことができます。 Nanotechnologyでは、幹細胞をコマンドで骨細胞に変換することができます。 このプロセスは心臓病やパーキンソン病などの致命的な症状の治療にも使用できます。

AIは、免疫系を含む治療薬の応用におけるナノロボットの原動力です。 ナノボットは、損傷を受けたヒト細胞を識別するために教師なし機械学習を利用することができます。 AIプログラムは、Nanoinformaticsと私たちの体に関するすべての知識からなるシステム内に含まれる膨大なライブラリの助けを借りて、良いセルと悪いセルを区別することについてNanobotsに伝えることができるので、これはすべて可能です。

NanoroboticsでのAIの応用については、こちらをご覧ください。

ナノテクノロジーの継続的研究

それでは、最近この分野で起こっている興味深い研究について調べてみましょう。 たくさん見つけて2つ選びました。

1.作物の免疫を促進するためのナノ粒子の処方

これは、水稲を真菌に対して免疫性にするために稲作分野に適用することができ、それは農家および農業経営者にとって大きなニュースとなり得る。

土井:10.1101 / 339283

鼻から脳へのナノキャリアを通じた医療の提供

以下のようないくつかの中枢神経系症状の治療のために、表面改質ナノメディシンの経鼻送達が提案されている。

  • 片頭痛
  • 睡眠障害
  • ウイルス感染
  • 脳腫瘍
  • 多発性硬化症
  • 統合失調症
  • パーキンソン病
  • アルツハイマー病

  • 肥満

この研究の利点は、ナノキャリアが鼻腔内送達によって血液脳関門を完全に迂回することができるため、伝統的な薬物のような副作用を心配する必要がないことです。

土井県:10.3390 /薬剤学10010034

概要

そこで、このオープンサイエンスとAIの記事では、ナノテクノロジーのしくみと、それがなぜ重要な研究分野であるのかを紹介しました。 私たちは3つの例、すなわちヘルスケア、ナノロボティックス、バイオマテリアルを共有しました。 それから、我々は、オープンソースナノテクノロジーがより効果的にタスクと研究を続けるためにどうしてもっと必要であるかを見ました。

さらに、Open Science Approachがどのようにしてナノテクノロジーを急速に推進しているかを見ました。 nanoHUB、caNanoLab、NBIの3つのOpen Science Initiativeがありました。

我々はまた、AIとナノテクノロジーが共通の目的のためにどのように収束するのかを強調し、そして最後に、ナノテクノロジーの分野で進行中のいくつかの研究作業に注目した。

読んでくれてありがとう。 以下のコメント欄で、ご意見をお聞かせください。 次回の記事は、3D印刷に関するものです。これには、興味深いナノスケール・アプリケーションに関するディスカッションも含まれます。

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