Acest articol este o actualizare planificată la tot ceea ce știați despre cele mai puternice instrumente pe care le-ar putea crea omenirea vreodată: nanotehnologia. Peter Diamandis, un renumit antreprenor și inginer, șef și fondator al Fundației X-Prize, Resurse planetare și alte inițiative, și-a expus viziunea despre ceea ce se întâmplă în laboratoarele din întreaga lume și ce aplicații potențiale ale nanotehnologiei așteaptă în sănătate, energie, protecția mediului mediu, știința materialelor, stocarea și prelucrarea datelor.
Deoarece inteligența artificială a primit multă atenție în ultima perioadă, foarte curând ar trebui să auzim despre descoperiri incredibile în domeniul nanotehnologiei.
Originile nanotehnologiei
Cei mai mulți istorici consideră că inițiatorul termenului este fizicianul Richard Feynman și discursul său din 1959: „Există o mulțime de spații mai jos”. În discursul său, Feynman a prevăzut o zi în care utilajele ar putea fi atât de reduse, iar informațiile vor fi codate în spații minuscule, încât descoperiri tehnologice incredibile vor începe din acea zi.
Însă cartea lui Eric Drexler, „Motoarele Creației: Era viitoare a nanotehnologiei”, a dezvăluit cu adevărat această idee. Drexler a venit cu ideea de auto-reproducere a nanomacinelor: mașini pe care le construiesc alte mașini.
Deoarece aceste mașini sunt programabile, ele pot fi folosite pentru a construi nu numai mai multe dintre aceste mașini, ci orice doriți. Și având în vedere că această construcție are loc la nivel atomic, acești nanoroboti pot desprinde orice fel de material (sol, apă, aer, orice) atom de atom și pot asambla orice din el.
Drexler a desenat o imagine a unei lumi în care o întreagă bibliotecă a Congresului ar putea încadra pe un cip dimensiunea unui cub de zahăr și unde scrubbers de mediu scurg contaminanții chiar din aer.
Video promotional:
Dar înainte de a explora posibilitățile nanotehnologiei, să trecem peste elementele de bază.
Ce este „nanotehnologie”?
Nanotehnologia este știință, inginerie și tehnologie realizată la nano-scală, care variază de la 1 la 100 de nanometri. În esență, ele manipulează și manipulează materiale la nivel atomic și molecular.
Pentru a înțelege, să ne imaginăm ce este un nanometru:
- Raportul Pământului la cubul copiilor este aproximativ raportul dintre un metru și un nanometru.
- Aceasta este de un milion de ori mai mică decât lungimea furnicii.
- Grosimea unei foi de hârtie este de aproximativ 100.000 nanometri.
- Diametrul globulelor roșii este de 7000-8000 nanometri.
- Diametrul lanțului ADN este de 2,5 nanometri.
Un nanobot este o mașină care poate construi și manipula lucrurile exact și la nivel atomic. Imaginați-vă un robot care poate manipula atomii, ca și cum un copil poate manipula cărămizi LEGO, construind orice (C, N, H, O, P, Fe, Ni, etc.) din blocuri de bază atomice. În timp ce unii oameni neagă viitorul nanobotilor ca fiind ficțiune științifică, trebuie să înțelegeți că fiecare dintre noi este în viață astăzi datorită nenumăratelor operațiuni ale nanoboturilor în miliardele noastre de celule. Le dăm denumiri biologice precum „ribozomi”, dar în miezul lor sunt mașini programate cu funcție.
De asemenea, merită să facem o distincție între nanotehnologia „umedă” sau „biologică”, care folosește ADN-ul și mașinile vieții pentru a crea structuri unice din proteine sau ADN (ca materiale de construcție), și mai multe nanotehnologii Drexler, care implică construirea unui „asamblator”, sau o mașină care se implică în imprimarea 3D cu atomi de nano-scală pentru a crea eficient orice structură termodinamic stabilă.
Să aruncăm o privire la câteva tipuri de nanotehnologie cu care se luptă cercetătorii.
Diferite tipuri de nanoboturi și aplicații
În general, există o mulțime de nanoroboti. Iată doar câteva dintre ele.
- Cele mai mici motoare posibile. Un grup de fizicieni de la Universitatea din Mainz din Germania au construit recent cel mai mic motor cu un singur atom din istorie. Ca oricare altul, acest motor transformă energia termică în mișcare - dar face acest lucru la cea mai mică scară. Atomul este prins într-un con de energie electromagnetică și cu ajutorul laserelor este încălzit și răcit, ceea ce face ca atomul să se deplaseze înainte și înapoi în con ca un piston al unui motor.
- nanomacinele ADN în mișcare 3D. Inginerii mecanici ai Universității de Stat din Ohio au proiectat și au construit piese mecanice complexe la nano-scală folosind origami ADN - care demonstrează că aceleași principii de bază de proiectare care se aplică mașinilor cu dimensiuni complete pot fi aplicate la ADN - și pot produce altele complexe. componente controlate pentru viitoarele nanoroboturi.
- Nanofine. Oamenii de știință de la ETH Zurich și Technion au dezvoltat o „nanofină” elastică, sub forma unui nanopire polipirol (Ppy) cu 15 micrometri (milioane de metri) lungime și 200 de nanometri grosime care se poate deplasa printr-un fluid biologic cu o viteză de 15 micrometri pe secundă. Nanofinele pot fi adaptate pentru a furniza medicamente și pentru a utiliza magneți pentru a le ghida prin fluxul sanguin pentru a ținti celulele canceroase, de exemplu.
- Ant nanomotorii. Oamenii de știință de la Universitatea din Cambridge au dezvoltat un motor mic, capabil să exercite de 100 de ori greutatea proprie asupra oricărui mușchi. Noii motoare pot conduce la nanoroboturi care sunt suficient de mici pentru a pătrunde în celulele vii și pentru a lupta împotriva bolilor, spun oamenii de știință. Profesorul Jeremy Baumberg de la laboratoarele Cavendish, care conduce studiul, a numit dispozitivul o „furnică”. Ca o adevărată furnică, poate exercita o forță de multe ori propria greutate.
- Micro-roboți după tipul de spermă. O echipă de oameni de știință de la Universitatea Twente (Olanda) și Universitatea Germană din Cairo (Egipt) au dezvoltat micro-roboți asemănători spermatozoizilor care ar putea fi controlați prin oscilarea câmpurilor magnetice slabe. Acestea pot fi utilizate pentru micromanipulare sofisticate și sarcini terapeutice direcționate.
- Roboti pe baza de bacterii. Inginerii Universității Drexel au dezvoltat o modalitate de utilizare a câmpurilor electrice pentru a ajuta roboții microscopici alimentați de bacterii să detecteze și să navigheze obstacolele. Aplicațiile includ administrarea de medicamente, manipularea celulelor stem pentru a direcționa creșterea lor sau construcția microstructurii.
- Nano-rachete. Mai multe grupuri de cercetare au construit recent o versiune de mare viteză a rachetelor cu nano-scală controlată de la distanță prin combinarea nanoparticulelor cu molecule biologice. Oamenii de știință speră să dezvolte o rachetă capabilă să funcționeze în orice mediu; de exemplu, pentru a livra un medicament într-o zonă țintă a corpului.
Principalele domenii de aplicare a nano și micromachinelor
Posibilitățile de aplicare a unor astfel de nano și micromachine sunt practic interminabile. De exemplu:
- Tratament pentru cancer. Identificați și distrugeți celulele canceroase mai precis și mai eficient.
- Mecanismul de administrare a drogurilor. Construiți mecanisme specifice de administrare a medicamentelor pentru controlul și prevenirea bolilor.
- Imagistica medicala. Crearea nanoparticulelor care se colectează în țesuturi specifice și apoi scanează corpul într-un proces de imagistică prin rezonanță magnetică (RMN) ar putea dezvălui probleme precum diabetul.
- Noile dispozitive de detectare. Cu posibilități practic nelimitate de a regla caracteristicile de sondare și scanare ale nanorobotilor, am putea descoperi corpurile noastre și măsura lumea din jurul nostru mai eficient.
- Dispozitive de stocare a informațiilor. Un bioinginer și genetician de la Harvard Wyss a stocat cu succes 5,5 petabite de date - aproximativ 700 terabyți - într-un gram de ADN, depășind recordul anterior pentru densitatea datelor ADN de o mie de ori.
- Noi sisteme energetice. Nanorobotii pot juca un rol în dezvoltarea unui sistem mai eficient de utilizare a surselor regenerabile de energie. Sau ar putea face utilajele noastre moderne mai eficiente din punct de vedere energetic, astfel încât să aibă nevoie de mai puțină energie pentru a funcționa la aceeași eficiență.
- Metamateriale foarte puternice. Sunt multe cercetări în domeniul metamaterialelor. Un grup de la Institutul de Tehnologie din California a dezvoltat un nou tip de material format din șnururi de dimensiuni nano similare cu cele ale Turnului Eiffel, care a devenit unul dintre cele mai puternice și mai ușoare din istorie.
- Ferestre și pereți inteligenți. Dispozitivele electrochromice care își schimbă dinamic culoarea atunci când se aplică un potențial sunt studiate pe scară largă pentru a fi utilizate în ferestrele inteligente eficiente din punct de vedere energetic - care ar putea menține temperatura internă a camerei, auto-curățarea și multe altele.
- Micro bureți pentru curățarea oceanelor. Buretele de nanotub de carbon, care poate aspira poluanții de apă, precum îngrășăminte, pesticide și produse farmaceutice, este de trei ori mai eficient decât opțiunile anterioare.
- Replicatori. Cunoscute și sub denumirea de „asamblatori moleculari”, aceste dispozitive propuse pot efectua reacții chimice prin aranjarea moleculelor reactive cu precizie atomică.
- Senzori de sănătate. Acești senzori ne-ar putea monitoriza chimia sângelui, ne vor notifica tot ce se întâmplă, detecta alimente dăunătoare sau inflamații în organism și așa mai departe.
- Conectarea creierelor noastre la Internet. Ray Kurzweil consideră că nanorobotii ne vor permite să conectăm sistemul nostru nervos biologic la nor în 2030.
După cum puteți vedea, acesta este doar începutul. Posibilitățile sunt aproape nelimitate.
Nanotehnologia are potențialul de a rezolva unele dintre cele mai mari provocări cu care se confruntă astăzi lumea. Ele ar putea îmbunătăți productivitatea umană, ne-ar putea furniza toate materialele, apa, energia și produsele alimentare de care avem nevoie, ne vor proteja de bacteriile și virușii necunoscuți și chiar ar putea reduce numărul de motive pentru perturbarea lumii.
Dacă nu este suficient, piața nanotehnologiei este uriașă. Până în 2020, industria nanotehnologiei globale va crește până la o piață de 75,8 miliarde de dolari.
ILYA KHEL
