Šis straipsnis yra suplanuotas atnaujinimas visko, ką žinojai apie galingiausius žmonijos įrankius, kuriuos kada nors galėjo sukurti: nanotechnologijas. Peteris Diamandis, žinomas verslininkas ir inžinierius, „X-Prize“fondo, „Planetinių išteklių ir kitų iniciatyvų“vadovas ir įkūrėjas, išdėstė savo viziją apie tai, kas vyksta viso pasaulio laboratorijose ir kokie galimi nanotechnologijų taikymo būdai laukia sveikatos apsaugos, energetikos ir aplinkos apsaugos. aplinka, medžiagų mokslas, duomenų saugojimas ir apdorojimas.
Kadangi dirbtinis intelektas pastaruoju metu sulaukia daug dėmesio, netrukus turėtume išgirsti apie neįtikėtinus proveržius nanotechnologijų srityje.
- „Salik.biz“
Nanotechnologijų ištakos
Dauguma istorikų mano, kad termino iniciatorius yra fizikas Richardas Feynmanas ir jo 1959 m. Kalba: „Žemiau yra daug vietos“. Savo kalboje Feynmanas įsivaizdavo dieną, kai mašinas būtų galima taip sumažinti, o tiek daug informacijos būtų užkoduota mažytėse erdvėse, kad nuo tos dienos prasidėtų neįtikėtini technologiniai proveržiai.
Tačiau Erico Drexlerio knyga „Kūrimo kūrimo varikliai: ateinantis nanotechnologijų amžius“iš tiesų atskleidė šią idėją. Drexleris sugalvojo savarankiškai atkartoti nanomašinus: mašinas, kurias konstruoja kitos mašinos.
Kadangi šie aparatai yra programuojami, jie gali būti naudojami kuriant ne tik daugiau šių mašinų, bet ir ką tik norite. Ir kadangi ši konstrukcija vyksta atominiame lygyje, šie nanorobotai gali atimti bet kokio tipo medžiagas (dirvožemį, vandenį, orą, bet kokią medžiagą) pagal atomą ir surinkti bet ką iš jo.
Drexleris nupiešė pasaulio, kuriame visa Kongreso biblioteka galėtų tilpti į cukraus kubelio dydžio drožlę, vaizdą ir kur aplinkos šveitikliai teršia teršalus tiesiai iš oro.
Reklaminis vaizdo įrašas:
Bet prieš išnagrinėdami nanotechnologijų galimybes, apžvelkime pagrindus.
Kas yra „nanotechnologijos“?
Nanotechnologija yra mokslas, inžinerija ir technologijos, vykdomos nanoskalėje, kuri svyruoja nuo 1 iki 100 nanometrų. Iš esmės jie manipuliuoja ir manipuliuoja medžiagomis atominiu ir molekuliniu lygmenimis.
Kad suprastumėte, įsivaizduokime, kas yra nanometras:
- Žemės ir vaikų kubo santykis yra maždaug metro ir nanometro santykis.
- Tai yra milijoną kartų mažiau nei skruzdėlės ilgis.
- Popieriaus lapo storis yra maždaug 100 000 nanometrų.
- Raudonųjų kraujo kūnelių skersmuo yra 7000–8000 nanometrų.
- DNR grandinės skersmuo yra 2,5 nanometrai.
Nanobotas yra mašina, galinti tiksliai ir atominiu lygmeniu kurti ir manipuliuoti daiktais. Įsivaizduokite robotą, kuris gali manipuliuoti atomais, kaip vaikas gali manipuliuoti LEGO plytomis, statydamas bet ką (C, N, H, O, P, Fe, Ni ir kt.) Iš pagrindinių atominių konstrukcinių blokų. Nors kai kurie žmonės neigia, kad nanobotų ateitis yra mokslinė fantastika, tačiau jūs turite suprasti, kad kiekvienas iš mūsų šiandien yra gyvas, nes daugybė nanobotų veikia mūsų trilijonuose ląstelių. Mes suteikiame jiems tokius biologinius pavadinimus, kaip „ribosomos“, tačiau jų esmė yra užprogramuotos mašinos su funkcija.
Taip pat verta atskirti „šlapias“ar „biologines“nanotechnologijas, kurios naudoja DNR ir gyvybės mechanizmus, kad iš baltymų ar DNR (kaip statybines medžiagas) būtų sukurtos unikalios struktūros, ir dar daugiau „Drexler“nanotechnologijų, kurios apima „surinkėjo“ar mašinos, kuri sukuria užsiima 3D spausdinimu su nanodalelių atomais, kad efektyviai sukurtų bet kokią termodinamiškai stabilią struktūrą.
Pažvelkime į keletą nanotechnologijų rūšių, su kuriomis kovoja mokslininkai.
Skirtingi nanobotų tipai ir programos
Apskritai, nanorobotų yra labai daug. Čia yra tik keli iš jų.
- Mažiausi įmanomi varikliai. Neseniai Vokietijos Mainco universiteto fizikų grupė pastatė mažiausią istorijoje vieno atomo variklį. Kaip ir bet kuris kitas, šis variklis šiluminę energiją paverčia judesiu, tačiau tai daro mažiausiu mastu. Atomas yra įstrigęs elektromagnetinės energijos kūge, o lazerių pagalba jis kaitinamas ir aušinamas, todėl atomas kūne juda pirmyn ir atgal kaip variklio stūmoklis.
- 3D judantys DNR nanomašinai. Ohajo valstijos universiteto mechanikų inžinieriai suprojektavo ir pagamino sudėtingas nanodalelių mechanines dalis, naudodami DNR origami - tai įrodo, kad DNR gali būti taikomi tie patys pagrindiniai projektavimo principai, kurie taikomi viso dydžio mašinoms, ir gali gaminti sudėtingas. kontroliuojami komponentai būsimiems nanorobotams.
- Nanofinai. ETH Ciuricho ir „Technion“mokslininkai sukūrė elastingą „nanofiną“, kurį sudaro 15 mikrometrų (milijoninės metro milijonosios dalies) ilgio ir 200 nanometrų ilgio polipirolio (Ppy) nanodangos, kurie gali judėti per biologinį skystį 15 mikrometrų per sekundę greičiu. Nanofinai gali būti pritaikyti tiekti vaistus ir naudoti magnetus, kad nukreiptų juos per kraują, pavyzdžiui, į vėžines ląsteles.
- Skruzdėlių nanomotoris. Kembridžo universiteto mokslininkai sukūrė mažytį variklį, galintį 100 kartų didesnį svorį atlikti bet kuriam raumeniui. Nauji nanomotoriai gali sukelti nanorobotus, kurie yra pakankamai maži, kad galėtų įsiskverbti į gyvas ląsteles ir kovoti su ligomis, teigia mokslininkai. Tyrimui vadovaujantis profesorius Jeremy Baumbergas iš „Cavendish Laboratories“prietaisą pavadino „skruzdėlynu“. Kaip ir tikras skruzdėlynas, jis gali panaudoti jėgą, daug kartų viršijančią savo svorį.
- Mikro robotai pagal spermos tipą. Twente universiteto (Nyderlandai) ir Vokietijos universiteto Kaire (Egiptas) mokslininkų komanda sukūrė į spermą panašius mikro robotus, kuriuos būtų galima valdyti virpant silpnus magnetinius laukus. Jie galėtų būti naudojami sudėtingai mikromanipuliacijai ir tikslinėms terapinėms užduotims atlikti.
- Robotai, pagrįsti bakterijomis. Drexelio universiteto inžinieriai sukūrė elektrinių laukų naudojimo būdą, kuris padeda mikroskopiniams robotams, maitinamiems bakterijomis, aptikti kliūtis ir jas naršyti. Taikymas apima vaistų tiekimą, manipuliavimą kamieninėmis ląstelėmis nukreipiant jų augimą arba mikrostruktūros kūrimą.
- Nano raketos. Kelios tyrimų grupės neseniai sukūrė greito nuotolinio valdymo nanoskalės raketų versiją, derindamos nanodaleles su biologinėmis molekulėmis. Mokslininkai tikisi sukurti raketą, galinčią veikti bet kurioje aplinkoje; pavyzdžiui, pristatyti vaistą į tikslinę kūno vietą.
Pagrindinės nano- ir mikromašinų naudojimo sritys
Tokių nanodalelių ir mikromazinų pritaikymo galimybės yra praktiškai begalinės. Pavyzdžiui:
- Vėžio gydymas. Tiksliau ir efektyviau identifikuokite ir sunaikinkite vėžio ląsteles.
- Vaistų tiekimo mechanizmas. Sukurkite tikslinius vaistų pristatymo mechanizmus ligų kontrolei ir prevencijai.
- medicininis vaizdas. Sukūrus nanodaleles, kurios kaupiasi konkrečiuose audiniuose ir po to nuskaitomas kūnas atliekant magnetinio rezonanso tomografiją, galėtų paaiškėti tokios problemos kaip diabetas.
- Nauji jutimo įtaisai. Turėdami praktiškai neribotas galimybes suderinti nanorobotų zondavimo ir skenavimo charakteristikas, galėtume atrasti savo kūnus ir efektyviau išmatuoti mus supantį pasaulį.
- Informacijos saugojimo įrenginiai. Harvardo Wysso bioinžinierius ir genetikas sėkmingai išsaugojo 5,5 duomenų bazių - apie 700 terabaitų - viename grame DNR, tūkstantį kartų viršydamas ankstesnius duomenis apie DNR duomenų tankį.
- Naujos energijos sistemos. Nanorobotai gali vaidinti vaidmenį kuriant efektyvesnę atsinaujinančių energijos šaltinių naudojimo sistemą. Arba jie galėtų padaryti mūsų šiuolaikines mašinas efektyvesnes energijai, kad joms būtų reikalinga mažiau energijos, kad jos veiktų tuo pačiu efektyvumu.
- Ypač stiprios metamaterijos. Metamedžiagų srityje atlikta daugybė tyrimų. Kalifornijos technologijos instituto grupė sukūrė naujo tipo medžiagą, pagamintą iš nano dydžio statramsčių, panašių į Eifelio bokštą, kuri tapo viena stipriausių ir lengviausių istorijoje.
- Išmanieji langai ir sienos. Elektrochrominiai įtaisai, kurie dinamiškai keičia spalvą, kai naudojamas potencialas, yra plačiai tiriami, kaip juos naudoti efektyviai energiją naudojančiuose išmaniuosiuose languose - kurie galėtų palaikyti kambario vidaus temperatūrą, būti savavališki ir dar daugiau.
- Mikro kempinės vandenynams valyti. Anglies nanovamzdelių kempinė, galinti išsiurbti tokius vandens teršalus kaip trąšos, pesticidai ir vaistai, yra tris kartus efektyvesnė nei ankstesnės galimybės.
- Replikatoriai. Šie siūlomi įtaisai, dar vadinami „molekuliniais jungikliais“, gali atlikti chemines reakcijas, atominiu tikslumu išdėstydami reaktyviąsias molekules.
- Sveikatos jutikliai. Šie jutikliai galėtų stebėti mūsų kraujo chemiją, pranešti apie viską, kas vyksta, aptikti kenksmingą maistą ar uždegimą organizme ir pan.
- Mūsų smegenų prijungimas prie interneto. Ray Kurzweil mano, kad nanorobotai leis mums prijungti savo biologinę nervų sistemą prie debesies 2030 m.
Kaip matote, tai tik pradžia. Galimybių yra beveik begalė.
Nanotechnologijos turi galimybę išspręsti keletą didžiausių iššūkių, su kuriais šiandien susiduria pasaulis. Jie galėtų pagerinti žmonių produktyvumą, aprūpinti mus visomis reikalingomis medžiagomis, vandeniu, energija ir maistu, apsaugoti mus nuo nežinomų bakterijų ir virusų ir net sumažinti pasaulio sutrikimo priežasčių skaičių.
Jei to nepakanka, nanotechnologijų rinka yra didžiulė. Iki 2020 m. Pasaulinė nanotechnologijų pramonė išaugs iki 75,8 milijardo JAV dolerių rinkos.
ILYA KHEL