Šis raksts ir plānots atjauninājums visam, ko jūs zinājāt par visspēcīgākajiem instrumentiem, ko cilvēce jebkad varētu radīt: nanotehnoloģijām. Pīters Diamandis, slavens uzņēmējs un inženieris, X balvu fonda, Planetary Resources un citu iniciatīvu vadītājs un dibinātājs, izklāstīja savu redzējumu par to, kas notiek laboratorijās visā pasaulē un kādi nanotehnoloģiju potenciālie pielietojumi sagaida veselības aprūpē, enerģētikā un vides aizsardzībā. vide, materiālu zinātne, datu glabāšana un apstrāde.
Tā kā mākslīgais intelekts pēdējā laikā ir guvis daudz uzmanības, pavisam drīz mums vajadzētu dzirdēt par neticamiem atklājumiem nanotehnoloģiju jomā.
Nanotehnoloģiju pirmsākumi
Lielākā daļa vēsturnieku uzskata, ka termina iniciators ir fiziķis Ričards Feinmans un viņa 1959. gada runa: "Zem tā ir daudz vietas." Savā runā Feynman iztēlojās dienu, kad mašīnas varēja tik samazināt un tik mazā telpā kodēt tik daudz informācijas, ka no šīs dienas sāksies neticami tehnoloģiski sasniegumi.
Bet Ērika Dreksera grāmata “Radīšanas motori: nanotehnoloģiju atnākšanas laikmets” patiešām atklāja šo ideju. Drekslers nāca klajā ar ideju pašreplicēt nanomašīnas: mašīnas, kuras būvē citas mašīnas.
Tā kā šīs mašīnas ir programmējamas, tās var izmantot, lai izveidotu ne tikai vairāk no šīm mašīnām, bet neatkarīgi no tā, ko vēlaties. Un tā kā šī konstrukcija notiek atomu līmenī, šie nanoroboti var atdalīt jebkura veida materiālus (augsni, ūdeni, gaisu, visu) ar atomu un no tā kaut ko salikt.
Drekslers uzzīmēja pasaules ainu, kurā vesela Kongresa bibliotēka varētu ietilpt cukura kuba izmēra mikroshēmā un kur vides skruberi piesārņotājus mazgā tieši no gaisa.
Reklāmas video:
Pirms mēs izpētīsim nanotehnoloģiju iespējas, apskatīsim pamatus.
Kas ir "nanotehnoloģija"?
Nanotehnoloģija ir zinātne, inženierija un tehnoloģija, ko veic nanomērogā, kura diapazons ir no 1 līdz 100 nanometriem. Būtībā viņi manipulē un manipulē ar materiāliem atomu un molekulārā līmenī.
Lai jūs saprastu, iedomāsimies, kas ir nanometrs:
- Zemes attiecība pret bērnu kubu ir aptuveni metra un nanometra attiecība.
- Tas ir miljons reižu mazāks par skudras garumu.
- Papīra lapas biezums ir aptuveni 100 000 nanometru.
- Sarkano asins šūnu diametrs ir 7000–8000 nanometri.
- DNS ķēdes diametrs ir 2,5 nanometri.
Nanobots ir mašīna, kas var precīzi un atomu līmenī veidot un ar tām manipulēt. Iedomājieties robotu, kas var manipulēt ar atomiem, tāpat kā bērns var manipulēt ar LEGO ķieģeļiem, būvējot jebko (C, N, H, O, P, Fe, Ni utt.) No pamata atomu celtniecības blokiem. Lai gan daži cilvēki noliedz nanobotu nākotni kā zinātnisko fantastiku, jums jāsaprot, ka katrs no mums šodien ir dzīvs, pateicoties neskaitāmajām nanobotu operācijām mūsu triljonos šūnu. Mēs viņiem piešķiram tādus bioloģiskos nosaukumus kā "ribosomas", bet to kodolā viņi ir ieprogrammēti aparāti ar funkciju.
Ir arī vērts nošķirt "slapjo" vai "bioloģisko" nanotehnoloģiju, kas izmanto DNS un dzīvības mašīnas, lai no olbaltumvielām vai DNS izveidotu kā unikālas struktūras (kā celtniecības materiālu), un vairāk Drexler nanotehnoloģiju, kas ietver "montētāja" vai mašīnas izveidošanu. iesaistās 3D drukāšanā ar nanomēroga atomiem, lai efektīvi izveidotu jebkuru termodinamiski stabilu struktūru.
Apskatīsim dažus nanotehnoloģiju veidus, ar kuriem cīnās pētnieki.
Dažādu veidu nanoboti un lietojumprogrammas
Kopumā ir daudz nanorobotu. Šeit ir tikai daži no tiem.
- pēc iespējas mazāki dzinēji. Fizikāņu grupa no Maincas Universitātes Vācijā nesen uzbūvēja vēsturē mazāko viena atoma motoru. Šis dzinējs, tāpat kā jebkurš cits, pārveido siltumenerģiju kustībā, taču tas notiek vismazākajā mērogā. Atoms ir ieslodzīts elektromagnētiskās enerģijas konusā, un ar lāzeru palīdzību tas tiek uzkarsēts un atdzesēts, kas izraisa atoma pārvietošanos konusā uz priekšu un atpakaļ tāpat kā motora virzuli.
- 3D kustīgas DNS nanomašīnas. Ohaio štata universitātes mehānikas inženieri projektēja un uzbūvēja sarežģītas nanomēroga mehāniskās detaļas, izmantojot DNS origami - pierādot, ka DNS var piemērot tos pašus pamatprincipus, kas attiecas uz pilna izmēra mašīnām, un viņi var radīt sarežģītus. kontrolēti komponenti nākotnes nanorobotiem.
- Nanofīni. ETH Cīrihes un Technion zinātnieki ir izstrādājuši elastīgu “nanofīnu” polipirola (Ppy) nanodaļu formā, kuru garums ir 15 mikrometri (metra miljonās daļas) un ir 200 nanometru biezi un kas var pārvietoties caur bioloģisko šķidrumu ar ātrumu 15 mikrometri sekundē. Nanofīnus var pielāgot, lai piegādātu zāles un izmantotu magnētus, lai, piemēram, virzītu tos caur asinsriti, lai mērķētu uz vēža šūnām.
- Skudru nanomotors. Kembridžas universitātes zinātnieki ir izstrādājuši niecīgu motoru, kas spēj simtreiz lielāku svaru uz jebkura muskuļa uzlikt savu svaru. Jaunie nanomotori varētu radīt nanorobotus, kas ir pietiekami mazi, lai iekļūtu dzīvās šūnās un cīnītos pret slimībām, apgalvo zinātnieki. Profesors Džeremijs Baumbergs no Cavendish Laboratories, kurš vada pētījumu, ierīci sauca par "skudru". Tāpat kā īsta skudra, tā var izmantot spēku, kas daudzkārt pārsniedz paša svaru.
- Mikroroboti pēc spermas veida. Zinātnieku komanda no Tventas universitātes (Nīderlande) un Vācijas universitātes Kairā (Ēģipte) ir izstrādājusi spermai līdzīgus mikro robotus, kurus varētu kontrolēt, svārstot vājus magnētiskos laukus. Tos varētu izmantot sarežģītām mikromanipulācijām un mērķtiecīgiem terapeitiskiem uzdevumiem.
- Roboti, kuru pamatā ir baktērijas. Drexel universitātes inženieri ir izstrādājuši veidu, kā izmantot elektriskos laukus, lai palīdzētu mikroskopiskajiem robotiem, kurus darbina baktērijas, atklāt un pārvietoties šķēršļos. Pieteikumos ietilpst zāļu piegāde, manipulācijas ar cilmes šūnām, lai virzītu to augšanu, vai mikrostruktūras uzbūve.
- Nanoraķetes. Vairākas pētniecības grupas nesen ir izveidojušas ātrdarbīgu tālvadības nanodaļu raķešu versiju, apvienojot nanodaļiņas ar bioloģiskām molekulām. Zinātnieki cer izstrādāt raķeti, kas būtu spējīga darboties jebkurā vidē; piemēram, lai piegādātu narkotiku mērķa ķermeņa zonā.
Galvenās nano- un mikromašīnu lietošanas jomas
Šādu nano- un mikromašīnu pielietošanas iespējas ir praktiski bezgalīgas. Piemēram:
- vēža ārstēšana. Precīzāk un efektīvāk identificējiet un iznīciniet vēža šūnas.
- zāļu piegādes mehānisms. Izveidojiet mērķtiecīgus zāļu piegādes mehānismus slimību kontrolei un profilaksei.
- medicīniskā attēlveidošana. Izveidojot nanodaļiņas, kas savāc konkrētos audos un pēc tam skenē ķermeni magnētiskās rezonanses (MRI) procesā, varētu atklāt tādas problēmas kā diabēts.
- Jaunas sensoru ierīces. Izmantojot praktiski neierobežotas iespējas pielāgot nanorobotu zondēšanas un skenēšanas parametrus, mēs varētu atklāt savus ķermeņus un efektīvāk izmērīt apkārtējo pasauli.
- informācijas glabāšanas ierīces. Bioinženieris un ģenētiķis Hārvards Vīsā vienā gramā DNS ir veiksmīgi saglabājis 5,5 datu datu kopumus - aptuveni 700 terabaitus -, tūkstoš reižu pārsniedzot iepriekšējo DNS datu blīvuma ierakstu.
- Jaunas enerģijas sistēmas. Nanorobotiem var būt nozīme efektīvākas sistēmas izstrādē atjaunojamo enerģijas avotu izmantošanai. Vai arī viņi mūsu modernās mašīnas varētu padarīt energoefektīvākas tādā veidā, ka tām ir nepieciešams mazāk enerģijas, lai tās darbotos ar tādu pašu efektivitāti.
- Īpaši spēcīgi metamateriāli. Metamateriālu jomā ir daudz pētījumu. Grupa Kalifornijas Tehnoloģiju institūtā ir izstrādājusi jauna veida materiālus, kas izgatavoti no nanoizmēra balstiem, līdzīgi Eifeļa torņa materiāliem, kas kļuvuši par vienu no spēcīgākajiem un vieglākajiem vēsturē.
- Viedi logi un sienas. Elektrohromatiskas ierīces, kas dinamiski maina krāsu, kad tiek izmantots potenciāls, tiek plaši pētītas izmantošanai energoefektīvos viedajos logos - kas varētu uzturēt telpas iekšējo temperatūru, pašattīrīties utt.
- Mikrosūkļi okeānu attīrīšanai. Oglekļa nanocauruļu sūklis, kas var sūkāt tādus ūdens piesārņotājus kā mēslojums, pesticīdi un medikamenti, ir trīs reizes efektīvāks nekā iepriekšējās iespējas.
- Replikatori. Šīs molekulārās ierīces, kas pazīstamas arī kā molekulārie montētāji, var veikt ķīmiskās reakcijas, sakārtojot reaktīvās molekulas ar atomu precizitāti.
- Veselības sensori. Šie sensori varēja uzraudzīt mūsu asins ķīmiju, informēt mūs par visu notiekošo, atklāt kaitīgu pārtiku vai iekaisumu organismā utt.
- Prāta savienošana ar internetu. Ray Kurzweil uzskata, ka nanoroboti 2030. gadā mums ļaus savienot mūsu bioloģisko nervu sistēmu ar mākoni.
Kā redzat, tas ir tikai sākums. Iespējas ir gandrīz bezgalīgas.
Nanotehnoloģijai ir potenciāls atrisināt dažus no lielākajiem izaicinājumiem, ar kuriem šodien saskaras pasaule. Tie varētu uzlabot cilvēku produktivitāti, nodrošināt mūs ar visiem nepieciešamajiem materiāliem, ūdeni, enerģiju un pārtiku, aizsargāt mūs no nezināmām baktērijām un vīrusiem un pat samazināt pasaules sagraušanas iemeslu skaitu.
Ja ar to nepietiek, nanotehnoloģiju tirgus ir milzīgs. Līdz 2020. gadam pasaules nanotehnoloģiju nozare pieaugs līdz USD 75,8 miljardiem.
ILYA KHEL