Moleküler nanoteknoloji

Moleküler nanoteknoloji (MNT) mekanosentez yoluyla atomik özellikli, kompleks yapılar yapabilen bir teknolojidir.
Mekanosentez yöntemi onu diğer nano ölçekli maddelerden ayırdeder. Richard Feynman'ın kompleks ürünler yapmak için nanomakineleri kullanma fikri temelli, bu ileri nanoteknoloji formu moleküler makine sistemleri ile kontrollü mekanosenteze rehberlik edebilir. MNT kimya,diğer nanoteknolojiler ve modern makro fakbikalarda bulunan moleküler makinalar ile gösterilen fiziksel ilkelerin bir araya gelmesini içerir.

Giriş

Geleneksel kimya hatalı işlemlerle hatalı sonuçlar elde etmektedir ve kesin sonuçlar elde etmek için biyoloji hatalı işlemleri kullanır. Moleküler nanoteknoloji kesin sonuçlar elde etmek için bu orijinal hatalı işlemleri kullanabilir. Burada arzu edilen, istenilen kimyasal reaksiyonları elde etmek ve bu reaksiyon ürünlerin ileriki zamanda birleştirilmesi için pozisyonel kontrolde ve oryantasyonda moleküler reaksiyonları dengelemektir.
Battle ve Foresight Enstitüsünce geniş teknolojik ölçekli bir proje MNT nin geliştirilmesi üzerine bir yol haritası olmuştur. 2006 nın sonlarına doğru bu yol haritası tamamlanmıştır fakat 2008 Ocak ayında ortaya çıkmıştır. Nanofabrika birliği 23 araştırmacıyıda içeren 10 organizasyon ve özellikle pozisyonel kontrollü elmas mekanosentezi ve elmas nanofabrikası geliştirmeyi hedefleyn uygulamalı araştırma ajentalarının bulunduğu 4 ülke ile devam eden MNT çalışmalarına odaklanmıştır. 2005 Ağustos ayında çeşitli alanlardan 50'den fazla uluslararası uzmandan oluşan bir çalışma Nanoteknoloji sorumluluk merkezi tarafından moleküler nanoteknolojin sosyal etkilerini çalışmak üzere organize edilmiştir.

Akıllı materyaller ve nanosensörler

Akıllı nanomateryaller MNT uygulamaları için bir öneridir. Bu terim spesifik görevler için nanometre ölçekli tasarlanıp düzenlenmiş materyal anlamına gelmektedir. Geniş ölçekli ticari uygulamaları kapsamaktadır. Bunun bir örneği, hareketsiz spesifik bir virüsü yok edebilen ve fark edebilen yapay ilaçlar gibi önder niteliğinde çeşitli materyaller tasarlamaktır. Bir diğer fikir ise kendi kendini düzeltebilen yapılardır.
Bir MNT sensörü geniş makinelerde kastlı biçimde çevreye ve bazı temel değişikliklere yol açan akıllı bileşenleri içeren akıllı materyale benzeyebilir. Çok basit bir örnek, bir fotosensör pasif biçimde ışığı ve onun emdiği enerjiyi enerjiyi, belirlenmiş bir eşiğin altında ve üstünde ölçebilir. Böyle bir sensör geleneksel sensörlere göre dah uygun maliyetli ve daha az enerji yarcayabilir. Ve tüm aynı uygulamalarla kullanışlı olabilir. Örneğin hava karardığında park alanlarında lambaların yanması.
Akıllı materyaller ve nanosensörler birlikte MNT nin kullanışlı uygulamalar olarak örneklendirilirlerken, kopyalanabilen nanorobotlar terimi ile karşılaştırılmaktadırlar.

Kopyalanabilen nanorobotlar

MNT uygulamaları 1986 da MNT tartışmalarında K. Eric Drexler tarafından önerilen nano ölçekli robotları bir araya gelmesi ve kordineli biçimde çalışması fikriyle ilişkilidir. Bu önerinin ilk zamanlarında yapay çevrede özel moleküler yapı bloklarında daha çok nanorobot kurma bu önerinin ilk zamanlarında vardı.
Eleştirmelerin ise kendi kendini kopyalayan bu robotların uygulanabilirliği ve matasyonlar ve mutant patojen çeşitlerin ortaya çıkmasının kontrolünün sağlanması konusunda şüpheri vardı. Taraftar ise lego bloklarından mapılmış ilk makro ölçekli makine kopyalayıcının 2002'de yapılıp incelendiğini ileri sürmektedirler. Makro ölçekte avantaj algısı olmasına rağmen nano ölçek için sınırlı algı vardır. Pozisyonel kontrollü nano ölçekli mekanosentez için güvenilir reaksiyon sistemleri ile ipuçlarının hesaplanmasını handikapsız güvenirli sonuçlar için önerilmiştir. Benzer hususlar küçük nano parçacıklara uygulanmıştır. Savunucular yaygın hata kontrolü teknikleri ile nanorobot mutasyonlarından korunulabileceğini ileri sürmüşlerdir. Benzer fikirler moleküler nanoteknoloji üzerine Tedbir kurallarında ve Freitas ve Merkle tarafından yayımlanan 137 boyutlu replikatör tasarlama alanı haritasında iyi bir tasarlama ile güvenli, ilkeli replikatörler sayısız metot ile savunulmuştur.
Nano ölçekli evrimin rastgele mutasyon ve deterministik seçilim olmaksızın nası tasarlanacağı? Sorusuna rağmen eleştirmenler MNT savunucularının bunun önüne geçemeyeceğini iddia etmektedirler. Nano ölçekli alanda bu şekilde sınırlı geleneksel algılar başarıyı başarısızlıktan ayrıdetmeyi zorlaştırabilir ya da imkansız hale getirebilir. Savunucular modelleme, prototipleme, test etme,analizle ve tekrar tasarlama yoluyla evrimleşmenin insan kontrolü ile tasarlanabileceğini iddia etmektedirler.
1992'de MNT için teknik önerilerden beri her durum kendini kopyalayabilen robotları içermez ve MNT savunucuları tarafından ortaya konulan son etik kurallar serbet biçimde kendini yenilemeyi yasaklamaktadır.

Medikal nanorobotlar

MNT nin en önemli uygulamalarından biri medikal nanobotlar ve Robert Freitas'ın önderliğinde birçok kitapta yer alan nanotıp alanıdır. Bu robotlar hastalıkların mümkün ölçüde azaltılması, fiziki travma sonrası yarasız iyileşmeyi ve güvenilirliği sağlayabilirler. Medikal nanorobotlar genetik bozuklukların düzeltilmesi ve uzun yaşamın sağlanmasını da mümkün kılabilirler. Medikal nanorobotların doğal insan kapasitesini arttırmada kullanılmaları çok tartışmalıdır. Fakat, medikal mekanik nano aletlerin insanın içinde çoğalmasına izin verilmeyebilir. Çünkü bu nano aletlerin özel düzenlenmiş nanofabrikalarda üretilmesi gerekmektedir.

Yararlı sis

Moleküler nanoteknolojin önerilen bir diğer uygulama ise yazılım komutları ile yönetilen araçlar ve makrosopik cisimlerle şekil ve özeliklerini değiştirebilen nanorobotlarla bağlantılı bir buluttaki yararlı sistir. Farklı formalarda materyallerin kullanıldığı son uygulamaların modifikasyonundansa yararlı sis birçok fiziksel objeyi kolayca değiştirebilir.

Aşamalı sıralı optik

Aşamalı sıralı optik (PAO) MNT de şu ana kadarki önerilerden bir diğeridir. Fakat bu nana ölçekli teknolojide bir problemin ortaya çıkardı. PAO optik dalga boylarına rağmen aşamalı sıralı milimetre teknolojisini kullanabilir. PAO sistemleri Brian Wowk'ta nanoteknoloji: Global Zenginlikte Moleküler Spekülasyonar makalesinde tanımlandı.

Yararlar

Nanoteknoloji (ya da moleküler nanoteknoloji) fiziksel kanunlarla dayatılan tarihsel üretim trendlerini iyileştirmemize imkan sağlıyor ve güçlü moleküler bilgisayarlar yapmamıza da imkan sağlayacaktır. Çelik ve aluminyum alaşımlarından 40 kat daha hafif fakat onlarla aynı sağlamlıkta materyalleri üretmemize imkan sağlayacaktır. Şu anki standartlara göre kayda değer biçimde daha hafif, dayanıklı ve ucuz jetler, arabalar, roketler hatta sandalyeler bile yapabilir. Moleküler bilgisayarlarca güdümlenen ve kana enjekte edilen cerrahi araçlar kanseri ya da işgalci bakterileri bulup ortadan kaldırabilir.
Nanoteknoloji tüm üretim tabanlarımızı yenileriyle hızlı, ucuz ve daha doğru bir şekilde değiştirebilir. Amaç sadece bugünün bilgisayarlarını değil araçları, televizyonları, telefonları, kitapları, cerrahi araçlarını da değiştirmekle sınırlandırılamaz. 21. yüzyılda ekonomik süreçler ve askeri hızlanmalar nanoteknolojideki rekabetin sürdürülebilirliğine temelden bağlanacaktır. Son zamanlarda nanoteknolojinin ve moleküler nanoteknolojinin gelişen statüsüne rağmen MNT'nin ekonomi ve adalet üzerinde beklenen etkisi üzerine birçok endişe vardır. MNT'nin kesin etkileri ne olursa olsun, elde eğer, üretilen malların kıtlığını azaltmaya ve üretilebilir (örneğin gıda ve sağlık yardımları gibi) çok daha fazla mal yapmayı mümkün kılabilir.
Genel olarak fiziksel olarak ödeme ya da digital kartla ödemeyle geleceğin moleküler-nanoteknolojik toplumu hala paraya ihtiyaç duyabilir. Böyle bir parayı eşya ve hizmet satın almada kullanabilirler. Gelecekçiler bu sebeple zengin ülkeler arasındaki savaşın ekonomik amaçlarla olmayacağını düşünmelidirler.
MNT'i nanomedikal uygulamalarla birçok hastalığı tedavi edebilir Gelecekte iyi sağlık ortak olacak, bugün nasıl ki çiçek hastalığı nadir görülüyorsa kötü sağlık da o duruma gelecek.

Riskler

Bazı analizciler moleküler nanoteknolojinin teknolojik kusursuzluğa imkan veren bir teknoloji olduğuna inanmaktadırlar. Bazıları ise moleküler nanoteknolojinin yıldırıcı riskleri olduğunu düşünmektedirler. Ucuz ve daha yıkıcı silahların yapımına imkan tanıyacak. Ayrıca moleküler nanoteknoloji insan vücunda atak yaptığında kendini kopyalayabilen canser hücreleri ve virüsler gibi kendini kopyalayabilen toplu yıkım silahlarına izin verebilir. Yorumculara göre moleküler nanoteknolojinin geliştirilmesi durumunda, kendini kopyalamaya sağlıklı güvenli koşullar altında izin verilmelidir.
Nanomekanik robotlar yapıldıuklarında ve tasarlandıklarında tüm dünyada ham maddeyi ya da doğal yaşamı kullanabilecekleri ve enerji rakipçisi olabilecekleri yönünde bir korku ortaya çıkmaktadır. Bazı yorumcular bunu bir grey goo ya da ecophagy seneraysu olarak görmektedirler.
Foresight Enstitüsü bu algıya dair potasiyel korkular ve nanoteknolojinin gelişiminin üzerine bir dizi kural hazırladı.Bunlar yeryüzünde ve mümkün olan diğer yerlerde yiyecek araması, kendi kendini kopyalama ve yalancı organizlamaların yasaklanmasını içermektedir.

Teknik konular ve eleştiri

Birleşik devletler nano sistemlerde uygulanabilirlik ve temel teknolojileri resmi bilimsel inceleme olarak analiz etmiştir. Ulusal bilim akademisi geniş çaplı internet ve popüler yayınlar üzerine tartışmalara yoğunlaşmıştır.

Birleşik Devletler Ulusal Bilim Akademisi çalışması ve önerileri

2006 yılında ulusal bilim akademisi uzun bir raporun (bir maddenin boyutu: Ulusal Nanotekloji Girişiminin Üç Yıllık Yorumu) bir parçası olarak moleküler üretimin raporunu açıklamıştır. Bu çalışma komitesi nanosistemlerin teknik içeriklerini gözden geçirdi ve yaptığı çıkarıma göre hiçbir geçerli teorik analiz, potansiyel sistem performansı çeşitli sorulara ilişkin kesin kabul edilebilir ve yüksek performanslı sistemler uygulanması için optimal yollar veremez. Bu alanda bilgiyi ilerletmek için deneysel araştırmalar önerilmiştir.
“ Bugün teorik hesaplamalar yapılabilmesine rağmen, bu üretimlerin kimyasal reaksiyon döngüleri, hata oranları, operasyonun hızı ve termodinamik verimliliği güvenilir biçimde tahmin edilemez. Böylece, şu ana kadar üretilen sistemlerde ulaşılan kusursuzluk ve komplekslik teorik olarak hesaplanabilir ama ileride ne olacağı kesin olarak tahmin edilemez. Son olarak, teorik olarak hesaplanabilen optimum araştırma politikaları, biyolojik sistem kapasitesinde ve termodinamik verimliliğe ulaşmış sistemler güvenilirliği şu anda tahmin edilemez. Uzun vadeli modellerin deneysel olarak gösterilmesi için araştırmalar hedefe ulaşmak için ve uzun süreli bir vizyon için yol gösterici olabilir.”

Üreticilere karşı nanofabrikalar

Drexler’in Yaratıcılıgın motorları nın bir bölümünün başlığı evrensel üreticilerdir ve yazının ilerleyen kısımında çeşitli tiplerde üreticiler “ doğanın kanunları her şeyin üretimine izin vermektedir” şeklinde hipotetik olarak açıklanmaktadır. Drexler’in iş arkadaşı olan Ralph Merkle yayın efsanelerin aksine bunu dikkate almıştır. Drexler’in kitabındaki soneler “her şey” in niteliklerini açıklamaktadır. Örneğin, narin bir yapı parçaları daha önceden var olmakdıkça kendini parçalayan taş bir yapı gibi tasarlanabilir. Eğer yerleştirme ve iskeleyi ortadan kaldırmak için tasarımın yapılacağı bir oda yoksa bu yapıyı yapmak imkansızdır. Çok az yapı pratikte böyle bir probleme yakındır.
1992 yılında Drexler Nanosistemler: moleküler makinalar, üretim ve rekabet kitabını yayımladı masa üstü imalatla yoğun kovalent yapıların sentezi için detaylı bir öneri sundu. Elmas yapıları ve diğer yoğun kovalent yapılar eğer başarılırlarsa şu anki MEMS teknolojisinden daha ileride geniş aralıklı uygulamaları mümkün olabilir. Diğer araştırmacılar Nanosistemlerin yayımlanmasından beri diğer ileri deneyler, alternatif öneri yollar çalışmalarına başladılar.

Hardnanoteknoloji – softnanoteknoloji

2004 yılında Richard Jones, Oxford Üniversitesi tarafından basılan nanoteknolojiyle ilgisi olmayan insanlar için Soft makineler kitabını yayımladı. Bu kitapta radikal nanoteknolojiyi ıslanmayan,yapışmayan,brownian hareket ve yüksek viskosite gibi nano ölçekli zorlukları dikkate almayan nano üretim makinelere deterministik/mekanistik bir fikir olarak tanımladı. Ayrıca soft nanoteknolojinin ya da daha uygun olarak ilerleme yolundaki biyomimetik nanoteknolojiyi açıklıyor. Biri nanoteknolojiyi nasıl çalışacağı konusunda biyolojiden, üretim için kimyadan, modellenme için fizikten öğrendiği dersleri kullanan nanomakinelerin geliştirilmesi olarak düşünebilir.

Smalley Drexler tartışması

Nobel ödülünü kazanan Dr. Richard Smalley'in de aralarında bulunduğu birçok araştırmacı Drexler'in evrensel üreticilerini hedef aldılar. Smalley kimyanın aşırı kompleks olduğunu, reaksiyonları kontrol etmenin çok zor olduğunu ve evresel üreticilerin bir bilim kurgu olduğunu iddia etti. Drexler ve iş arkadaşları evrensel üreticilerin tümüyle mümkün olmasının olmadığını fakat daha kısıtlı üreticilerin çeşitli şeyleri yapabileceğini iddia etmelerine rağmen. Smalley'in argumanlarına nanosistemlerde ileri spesifik öneriler ile meydan okudular. Ayrıca, smalley neredeyse tüm modern kimyanın çözücü içinde gerçekleşen reaksiyonları içerirdiğini çünkü küçük molekülleringeçiş hali için gerekli bağlanma enerjilerinin düşürülmesi gibi birçok şey solvent katkısı ile olmaktadır. Neredeyse tüm bilinen kimyasallar bir çözücü gerektirdiğinden Smalley, Drexler’in yüksek vakum çevresinin kullanılması önerisini çürüttü. Fakat, Drexler nanosistemlerin matematiksel olarak çok iyi tasarlanmış katalizörler ile çözücü etkisini sağlayabileceklerini ve çözücü/enzim reaksiyonundan daha etkili olabileceklerini savundu. Fakat şu dikkate alınmalıdır, Smalley’in enzimler su gerektirir fikrinin aksine “ enzimler sadece sulu organik alanda değil arıca doğal olmayan çevrede de yüksek stabilite gibi özellikleri gerektirirler”

Tasarlama konuları

Gelecek için moleküler ölçüde biyolojik evrim sürecinin taklit eden nano ölçekli MNT tasarımı evrim yolları bulunmuştur. Biyoloji evrim süreci organizma gruplarının rastgele birleşmesiyle iyi ve kötü çeşitler üretir. Ve John Gall tarafından yapılan makro ölçek ile basitten komplekse kadar tasarlanmış evrim süreçleri hesaplanmıştır.ve John Gall, Çalışan basit bir sistemden evrimleşmiş değişmez kompleks sistemler bulunmuştur. Bu çalışan sistemlerle başlamalısınız demiştir. MNT de bir buluş evrimsel tasarlama süreci yoluyla STM den kompleks MNT sistemlerine kadar yapılan atomik benzerlerden getiriye ihtiyaç duymaktadır. Bu sürecin bir handikapı ise Richard Dawkins’in rastgele moleküler çeşitlilik ve deterministik kopyalanma/yok olmayı karşılaştırdığı kör saatçi eylemi ile biyolojik evrimin aksine nano ölçekli gözlemlemenin ve değiştirmenin zorluğudur.
2007'de nanoteknoloji hem skolastik hem de deterministik yaklaşımlarla çevrelenmiştir. Deterministik metodlarla STM ve AFM araştırmaları ile tek moleküller aktive edilmiştir ve basit bağlanma ya da bölünme reaksiyonları olmuştur. Kompleks, determinstik moleküler nanoteknolojinin rüyası anlaşılmazlığını sürdürecektir. 1990'ların ortasından beri binlerce yüzey bilimci ve tabaka teknokratı nanoteknolojiyi kendi disiplinlerine bağladılar. Bu bu alan da birçok kafa karışıklığına sebep oldu ve binlerce nano konulu makale literatüre geçti.

Nanosistemlerde uygulanabilirlik önerileri

Drexler'in uygulanabilirliği geniş ölçüde evrensel üreticilerin yokluğunda nanosistemlerin tasarlanması yapılmasına ve açıklanan şekilde çalışır olarak tanımlanabilmelerine bağlıdır. Moleküler nanoteknolojinin destekçileri sıklıkla nanasistemlerin 1992 de keşfinden beri kayda değer hataları bulmuşlardır. Hatta bazı eleştirmeler Drexler’in birçok fiziksel ilkeyi temel alan yüksek dereceli nanosistemleri ileri sürdüğünü ve aslına bazı detayları düşünmüş olduğunu kabul etmişlerdir.
Diğer eleştirmenler nanosistemlerde, moleküler nanoteknolojinin düşük seviyede makine dili hakkında önemli kimysal detayları atladığını iddia etmişlerdir. Ayrıca nanosistemlerdeki düşük seviye kimyanın geniş çalışmalar gerektirdiği ve Drexler’in yüksek seviye tasarlamaları tartışmalı temeller üzerine kurulu olduğunu iddia etmişlerdir. Freitas ve Merkle in yaptığı ileri çalışma bu bulguları güçlendirmek ve düşük seviye kimyası ile arada bulunan boşluğu doldurmayı amaçlamaktadır.
Drexler “sıvı yakıt roket sistemlerindeki ilerlemeler sonucu aya gidişin olduğu gibi moleküler üretimin de bir dizi moleküler makine sisteminin ilerlemesi sonucu olacağı, ve bu konular çözüme kavuşmadan önce, tartışmalı nanoteknoloji ilerleyene kadar beklememiz gerektiğini iddia etmektedir. “Fakat Freitas ve Merkle var olan teknoloji ile elmas mekanosentezi (DMS) konusuna odaklanmak gerektiğini ve bunun mümkünatı üzerinde durmuşlardır.
Uygulanabilirliğe karşı argümanları özetlemek gerekirse : Birincisi, eleştirmenler moleküler nanoteknolojiye ulaşmak için özellikle kendi kendilerine doğru iyi tanımlanmış bir yolun etkin bir şekilde olmamasını moleküler / atomik ölçekte makineleri oluşturmak için özellikle kendi kendini kopyalayan üreticiler ve elmas nanofabrikasında bir bariyer olduğunu iddia etmektedirler. Taraftarlar ise elmas nanofabrikasının geliştirilmesi üzerine çalışmaların olmasını bir cevap olarak eleştirmenlere sunmuştur.
Moleküler nanoteknolojide ikinci bir zorluk tasarlamadır. Donanımları ya da işleyişlerin atomik seviyede el tasarımı haftalarca sürmektedir. Drexler, Merkle ve diğerleri basit parçaları tasarlamalarına rağmen, daha kompleks yapılar üzerine tasarı için bir girişim yoktur. Savunucular kapsamlı tasarımın kapsamlı girişimlerle mümkün olacağını ve bu handikaba rağmen kullanışlı tasarımların geliştirilen yeni yazılım araçları ile sağlanabileceğini söylemektedirler.
2006 Aralık ayında yayımlanan ulusal akademiler basımı Boyutun bir maddesi: Ulusal nanoteknoloji girişiminin üçüncü gözden geçirilmesi raporunda, moleküler nanoteknolojinin geleceği için açık bir yol olmadığı raporun 108. sayfasındaki çıkarıma göre ““ Bugün teorik hesaplamalar yapılabilmesine rağmen, bu üretimlerin kimyasal reaksiyon döngüleri, hata oranları, operasyonun hızı ve termodinamik verimliliği güvenilir biçimde tahmin edilemez. Böylece, şu ana kadar üretilen sistemlerde ulaşılan kusursuzluk ve komplekslik teorik olarak hesaplanabilir ama ileride ne olacağı kesin olarak tahmin edilemez. Son olarak, teorik olarak hesaplanabilen optimum araştırma politikaları, biyolojik sistem kapasitesinde ve termodinamik verimliliğe ulaşmış sistemler güvenilirliği şu anda tahmin edilemez. Uzun vadeli modellerin deneysel olarak gösterilmesi için araştırmalar hedefe ulaşmak için ve uzun süreli bir vizyon için yol gösterici olabilir.” Bu özellikle elmas mekanosentezi deneylerini araştıran nanofabrika birliği gibi gruplarca memnuniyetle karşılandı.
Fiziksel yasalarla uyumlu birçok yapının üretilip üretilemeyeceği belki de ilginç bir soru. Taraftarlar moleküler üretim vizyonunun çoğunluğuna göre doğal kanunlarla uyumlu herhangi bir yapının yapılabilmesinin gerekli olmadığını ileri sürmektedirler. Richard Feynman’ın “neyin daha mümkün neyin mümkün olmadığı ve deneyin her zaman neyin mümkün ya da mümkün olmadığını göstermesinin bilimseldir” dediği gibi.

Elmas mekanosentezi Üzerine mevcut çalışma

Mekanik olarak hidrojen atomlarının ve dağılmış karbon atomlarının eklenmesi/çıkarıması ile elmas sentezi üzerine teorik çalışma vardır. Bu çalışma nanobilim komitesine yavaşça sızmaktadır ve kritik bir hal almıştır. Örneğin, Peng ve diğerleri 2006 da en çok çalışılan araçucu motifi (DGB6Ge) mekanosentezlerini başarılı biçimde elmas yüzeyindeki C(110) üzerindeki ikili karbon C2 a 300 K ve 80K (sıvı nitorojen sıcaklığı) sıcaklıkta yerleştirilmiştir. Silikon çeşitleri (DCB6Sİ) de 80K de çalışmaktadır fakat 300 K de çalışmamaktadırlar. DGB6 araçucu motifi Merkle ve Freitas tarafından 2002'de Foresight konferansında elmasın mekanosentezi için ilk araçucu motifi ve elmas yüzeyindeki 200 atoma yönelik başarılı şekilde simüle edilmiş tek araçucu motitif olarak tanımlanmıştır. Bu araçucu sadece dikkati çevrede kullanıma yönelik modellenmiştir. Maksimum ulaşılabilir limit bu araçuşları için geçiş ve dönüş yanlışlıkları Peng ve diğerlerince 2006 da rapor edilmiştir. Bu rapora göre karbon sayısının artışı tüm yapının rezonans frekansını 2.0 THz den 1.8 THz ye düşürmektedir. Daha önemlisi, Takılmış DCB6Ge araçucu titreşimsel izleri 384 atoma yol göstermiş ve aynı araçucu daha geniş 636 atomada benzer şekilde takılmıştır. Hesaplamalı çalışmalara ek olarak modelleme hala daha büyük yol gösteridir.Fakat düşük sıcaklıklarda hatta oda sıcaklığında deneysel olarak hızlıca gösterilen atomik zorunluluklar içeren SPM uçlarının doğru pozisyonu tam tespit edilememiştir.
EK araçuçlarını dikkate alan ileri çalışmalar zaman harcayan hesaplamalı kimya ve zor laboratuvar çalışmalarını gerektirmektedir. Bu zorluklara rağmen birçok araçucu geleceğin araştırmacılarına yardımcı olabilir. Moore’un Kanunu bilgisayar gücünün ilerideki artışı, yarı iletken üretimi teknikleri nano ölçeğe yaklaşması ve araştımacıların daha özellikli proteinler, ribozomlar ve DNA yetiştireceklerini tahmin etmektedir.