Ta članek je načrtovana posodobitev vsega, kar ste vedeli o najmočnejših orodjih, ki jih je človeštvo kdaj lahko ustvarilo: nanotehnologiji. Peter Diamandis, priznani podjetnik in inženir, vodja in ustanovitelj fundacije X-Prize, Planetarni viri in drugih pobud, je orisal svojo vizijo, kaj se dogaja v laboratorijih po vsem svetu, in kakšne potencialne aplikacije nanotehnologije čakajo na področju zdravstva, energije, varstva okolja okolje, materializem, shranjevanje in obdelava podatkov.
Ker je umetna inteligenca v zadnjem času deležna veliko pozornosti, bi kmalu slišali za neverjetne preboje na področju nanotehnologije.
Izvor nanotehnologije
Večina zgodovinarjev meni, da je avtor izraza fizik Richard Feynman in njegov govor iz leta 1959: "Spodaj je veliko prostora." Feynman je v svojem govoru zamislil dan, ko bi stroje lahko tako zmanjšali in toliko informacij bi bilo zakodiranih v drobnih prostorih, da bi se od tega dne začeli neverjetni tehnološki preboji.
Toda knjiga Erica Drexlerja "Motorji ustvarjanja: Prihajajoča nanotehnologija" je resnično razkrila to idejo. Drexler je prišel na idejo, da bi se samodejno razmnoževali nanomavini: stroji, ki jih izdelujejo drugi stroji.
Ker so ti stroji programirljivi, jih je mogoče uporabiti za izdelavo ne le več teh strojev, ampak karkoli želite. In ker se ta konstrukcija odvija na atomski ravni, lahko ti nanoroboti po atomu ločijo kakršen koli material (zemljo, vodo, zrak, karkoli) in iz njega sestavijo karkoli.
Drexler je narisal sliko sveta, kjer se celotna knjižnica Kongresa lahko prilega na čip velikosti kocke in kjer okoljni čistilci čistijo onesnaževalce iz zraka.
Promocijski video:
Preden pa preučimo možnosti nanotehnologije, preiščimo osnove.
Kaj je "nanotehnologija"?
Nanotehnologija je znanost, inženiring in tehnologija, ki se izvaja na nanodelcu in znaša od 1 do 100 nanometrov. V bistvu manipulirajo z materiali na atomski in molekularni ravni.
Da boste razumeli, si predstavljajmo, kaj je nanometra:
- Razmerje med zemljo in otroško kocko je približno razmerje med metrom in nanometrom.
- To je milijon krat manj kot je dolžina mravlje.
- Debelina lista papirja je približno 100.000 nanometrov.
- Premer rdeče krvne celice je 7000-8000 nanometrov.
- Premer verige DNK je 2,5 nanometra.
Nanobot je stroj, ki lahko natančno in na atomski ravni gradi stvari in manipulira z njimi. Predstavljajte si robota, ki lahko manipulira z atomi, kot otrok, lahko manipulira z LEGO opekami, konstruira karkoli (C, N, H, O, P, Fe, Ni itd.) Iz osnovnih atomskih gradnikov. Medtem ko nekateri zanikajo prihodnost nanorobotov kot znanstveno fantastiko, morate razumeti, da je danes vsak od nas živ, zahvaljujoč neštetim operacijam nanobobotov v naših trilijonih celic. Dajemo jim biološka imena, kot so "ribosomi", toda v njihovi srži so programirani stroji s funkcijo.
Prav tako je treba razlikovati med "mokro" ali "biološko" nanotehnologijo, ki uporablja DNK in stroje življenja, da ustvari edinstvene strukture iz beljakovin ali DNK (kot gradbenih materialov), in več Drexlerjeve nanotehnologije, ki vključuje izdelavo "monterja" ali stroja, ki sodeluje pri 3D-tiskanju z atomi nanodelcev, da učinkovito ustvari katero koli termodinamično stabilno strukturo.
Oglejmo si nekaj vrst nanotehnologije, s katerimi se spopadajo raziskovalci.
Različne vrste nanobotov in aplikacij
Na splošno je nanorobotov veliko. Tukaj jih je le nekaj.
- Najmanjši možni motorji. Skupina fizikov z univerze v Mainzu v Nemčiji je pred kratkim zgradila najmanjši eno atomski motor v zgodovini. Kot kateri koli drug, tudi ta motor pretvori toplotno energijo v gibanje - vendar to počne v najmanjšem merilu. Atom je ujet v stožcu elektromagnetne energije in s pomočjo laserjev se segreva in hladi, zaradi česar se atom premika naprej in nazaj v stožcu kot bat motorja.
- 3D premikajoči se nanomavini DNK. Strojni inženirji univerze Ohio State so zasnovali in izdelali kompleksne mehanske dele nanodelcev z uporabo origami DNK - in tako dokazali, da se za DNK lahko uporabljajo enaka osnovna načela oblikovanja, ki veljajo za stroje velikosti, in da lahko ustvarijo kompleksne. nadzorovane komponente za prihodnje nanorobote.
- Nanofini. Znanstveniki z ETH Zurich in Technion so razvili elastični "nanofin" v obliki polipirola (Ppy) nanowire dolžine 15 mikrometrov (milijonin meter) in 200 nanometrov, ki se lahko premika skozi biološko tekočino s hitrostjo 15 mikrometrov na sekundo. Nanofini so lahko prilagojeni za dobavo zdravil in uporabo magnetov, ki jih vodijo skozi krvni obtok, na primer ciljne rakave celice.
- Mravljišče nanomotorja. Znanstveniki z univerze v Cambridgeu so razvili majhen motor, ki lahko na katero koli mišico naredi 100-krat večjo lastno težo. Znanstveniki trdijo, da bi novi nanomotorji lahko povzročili nanorobote, ki so dovolj majhni, da prodrejo v žive celice in se borijo proti bolezni. Profesor Jeremy Baumberg iz Cavendish Laboratories, ki vodi študijo, je napravo poimenoval "mravljišče". Tako kot prava mravlja lahko silno izsiljuje silo.
- Mikro roboti po vrsti sperme. Skupina znanstvenikov z univerze Twente (Nizozemska) in nemške univerze v Kairu (Egipt) je razvila mikrobobote, podobne semenčicam, ki bi jih lahko nadzirali z nihanjem šibkih magnetnih polj. Uporabljajo se lahko za prefinjeno mikromanipulacijo in ciljno usmerjene terapevtske naloge.
- Roboti na osnovi bakterij. Inženirji univerze Drexel so razvili način uporabe električnih polj za pomoč mikroskopskim robotom, ki jih poganjajo bakterije in odkrivajo ovire. Aplikacije vključujejo dostavo zdravil, manipulacijo z matičnimi celicami za usmerjanje njihove rasti ali izgradnjo mikrostrukture.
- Nano-rakete. Več raziskovalnih skupin je pred kratkim zgradilo visokohitrostno različico daljinsko vodenih raket nanosilcev z združevanjem nanodelcev z biološkimi molekulami. Znanstveniki upajo, da bodo razvili raketo, ki bi lahko delovala v katerem koli okolju; na primer za dostavo zdravila na ciljno območje telesa.
Glavna področja uporabe nano- in mikromate
Možnosti uporabe takšnih nano- in mikromachinov so praktično neskončne. Na primer:
- zdravljenje raka. Natančneje in učinkoviteje prepoznajte in uničite rakave celice.
- mehanizem dostave drog. Vzpostavite ciljno usmerjene mehanizme za dajanje zdravil za nadzor in preprečevanje bolezni.
- Medicinsko slikanje. Ustvarjanje nanodelcev, ki se zbirajo v določenih tkivih in nato skenirajo telo med slikanjem z magnetno resonanco, bi lahko razkrilo težave, kot je diabetes.
- Nove senzorske naprave. S skoraj neomejenimi možnostmi za nastavitev značilnosti sondiranja in skeniranja nanorobotov bi lahko odkrivali svoja telesa in bolj učinkovito merili svet okoli nas.
- Naprave za shranjevanje informacij. Bioinženir in genetik na Harvardu Wyss je uspešno shranil 5,5 petabita podatkov - približno 700 terabajtov - v enem gramu DNK, kar je tisočkrat več kot prejšnji zapis glede gostote podatkov DNK.
- Novi energetski sistemi. Nanoroboti lahko igrajo vlogo pri razvoju učinkovitejšega sistema za uporabo obnovljivih virov energije. Ali pa bi lahko naše sodobne stroje naredili bolj energetsko učinkovite, tako da za enako učinkovitost potrebujejo manj energije.
- Izjemno močni materiali. Na področju metamaterialov je veliko raziskav. Skupina na Kalifornijskem tehnološkem inštitutu je razvila novo vrsto materiala, sestavljenega iz nano velikosti opornic, podobnih Eifflovemu stolpu, ki je postal eden najmočnejših in najlažjih v zgodovini.
- Pametna okna in stene. Elektrokromatske naprave, ki dinamično spreminjajo barvo ob uporabi potenciala, se na široko preučujejo za uporabo v energijsko učinkovitih pametnih oknih - ki bi lahko vzdrževali notranjo temperaturo v sobi, samočistili in drugo.
- Mikro gobice za čiščenje oceanov. Ogljikova nanocevka, ki lahko sesa onesnaževala vode, kot so gnojila, pesticidi in farmacevtski izdelki, je trikrat učinkovitejša od prejšnjih možnosti.
- Replikatorji. Te predlagane naprave, znane tudi kot molekularni monterji, lahko izvajajo kemične reakcije z urejanjem reaktivnih molekul z atomsko natančnostjo.
- Senzorji za zdravje. Ti senzorji bi lahko spremljali našo kemijo krvi, nas obveščali o vsem, kar se dogaja, odkrivali škodljivo hrano ali vnetje v telesu in podobno.
- Povezovanje naših možganov z internetom. Ray Kurzweil verjame, da nam bodo nanoroboti leta 2030 omogočili povezavo biološkega živčnega sistema z oblakom.
Kot vidite, je to šele začetek. Možnosti je skoraj neskončno.
Nanotehnologija lahko reši nekatere največje izzive, s katerimi se svet danes srečuje. Lahko bi izboljšali človekovo produktivnost, nam zagotovili vse materiale, vodo, energijo in hrano, ki jih potrebujemo, nas zaščitili pred neznanimi bakterijami in virusi ter celo zmanjšali število razlogov za motenje sveta.
Če to ni dovolj, je trg nanotehnologije ogromen. Do leta 2020 bo svetovna industrija nanotehnologije zrasla na 75,8 milijarde USD.
ILYA KHEL