Ovaj je članak planirano ažuriranje svega što ste znali o najmoćnijim alatima koje je čovječanstvo ikad moglo stvoriti: nanotehnologiji. Peter Diamandis, poznati poduzetnik i inženjer, voditelj i osnivač Fondacije X-Prize, Planetarnih resursa i drugih inicijativa, iznio je svoju viziju onoga što se događa u laboratorijima širom svijeta i koje potencijalne primjene nanotehnologije očekuju zdravstvo, energetiku, zaštitu okoliša okoliš, znanost o materijalima, pohrana i obrada podataka.
Budući da je umjetna inteligencija u posljednje vrijeme dobila puno pozornosti, vrlo brzo trebali bismo čuti o nevjerojatnim ishodima u području nanotehnologije.
Podrijetlo nanotehnologije
Većina povjesničara vjeruje da je začetnik pojma fizičar Richard Feynman i njegov govor iz 1959.: "Dolje je puno mjesta." Feynman je u svom govoru zamislio dan kada bi se strojevi mogli toliko smanjiti, a toliko podataka bilo bi kodirano u sićušne prostore, da bi od tog dana započeli nevjerojatni tehnološki proboji.
Ali knjiga Erica Drexlera, "Motori stvaranja: Dolazeće doba nanotehnologije", zaista je razotkrila tu ideju. Drexler je došao na ideju samoobnavljanja nanomašina: strojeva koje grade drugi strojevi.
Budući da su ovi strojevi programibilni, pomoću njih se može graditi ne samo više ovih strojeva, već i sve što želite. A budući da se ova konstrukcija odvija na atomskoj razini, ti nanoroboti mogu odvojiti atom atributa bilo koje vrste materijala (tlo, vodu, zrak, što god) i sastaviti iz njega bilo što.
Drexler je nacrtao sliku svijeta u kojem bi čitava kongresna knjižnica mogla stati na čip veličine kocke šećera i gdje ekološki pročistači pročišćavaju nečistoće iz zraka.
Promotivni video:
No prije nego što istražimo mogućnosti nanotehnologije, prijeđimo na osnove.
Što je "nanotehnologija"?
Nanotehnologija je znanost, inženjering i tehnologija koja se provodi na nanorazini, a kreće se od 1 do 100 nanometara. U osnovi oni manipuliraju i manipuliraju materijalima na atomskoj i molekularnoj razini.
Da biste razumjeli, zamislimo što je nanometar:
- Omjer Zemlje i dječje kocke otprilike je omjer metra prema nanometru.
- Ovo je milijun puta manje od dužine mrava.
- Debljina papira je približno 100.000 nanometara.
- Promjer crvenih krvnih stanica je 7000-8000 nanometara.
- Promjer lanca DNK je 2,5 nanometara.
Nanobot je stroj koji može graditi i manipulirati stvarima precizno i na atomskoj razini. Zamislite robota koji može manipulirati atomima, kao što dijete može manipulirati LEGO ciglama, gradeći bilo što (C, N, H, O, P, Fe, Ni itd.) Iz osnovnih atomskih blokova. Dok neki ljudi poriču budućnost nanobotova kao znanstvene fantastike, morate shvatiti da je svaki od nas danas živ zahvaljujući nebrojenim operacijama nanobotova u našim trilijunima stanica. Dajemo im biološka imena poput "ribosomi", ali u osnovi su programirani strojevi s funkcijom.
Također je vrijedno napraviti razliku između "mokre" ili "biološke" nanotehnologije, koja koristi DNK i strojeve života za stvaranje jedinstvenih struktura od proteina ili DNK-a (kao građevinskih materijala), i više Drexlerove nanotehnologije, koja uključuje izgradnju "alata" ili stroja koji bavi se 3D ispisom s aticima nanosusa kako bi učinkovito stvorio bilo koju termodinamički stabilnu strukturu.
Pogledajmo nekoliko vrsta nanotehnologije s kojima se istraživači muče.
Različite vrste nanobotova i primjena
Općenito, ima puno nanorobota. Evo samo nekoliko njih.
- Najmanji mogući motori. Grupa fizičara sa Sveučilišta u Mainzu u Njemačkoj nedavno je izgradila najmanji jednoatomski motor u povijesti. Kao i bilo koji drugi, i ovaj motor pretvara toplinsku energiju u pokret - ali to čini u najmanjoj mjeri. Atom je zarobljen u konusu elektromagnetske energije, a uz pomoć lasera se zagrijava i hladi, zbog čega se atom kreće naprijed-nazad u konusu poput klipa motora.
- 3D nanomachines u pokretu. Mehanički inženjeri sa Sveučilišta Ohio State dizajnirali su i izgradili složene nanorazličite mehaničke dijelove pomoću origami DNA - dokazujući da se na DNK mogu primijeniti ista osnovna načela dizajna koja se primjenjuju na strojeve pune veličine i da mogu proizvesti složene. kontrolirane komponente za buduće nanorobote.
- Nanofini. Znanstvenici iz ETH Zurich i Technion razvili su elastični "nanofin" u obliku polipirola (Ppy) nanowire 15 mikrometara (milijun metara) i 200 nanometara koji se može kretati kroz biološku tekućinu brzinom od 15 mikrometara u sekundi. Nanofini se mogu prilagoditi za isporuku lijekova i za korištenje magneta koji će ih voditi kroz krvotok, na primjer, da ciljaju stanice raka.
- Nanomotor mrava. Znanstvenici sa Sveučilišta u Cambridgeu razvili su maleni motor koji može na bilo koji mišić iskazati 100 puta veću težinu. Znanstvenici kažu da bi novi nanomotori mogli dovesti do nanorobota koji su dovoljno mali da prodru u žive stanice i bore se protiv bolesti. Profesor Jeremy Baumberg iz Cavendish Laboratories, koji je vodio istraživanje, nazvao je uređaj "mravom". Poput pravog mrava, može pokazati silu više puta od vlastite težine.
- Mikro-roboti prema vrsti sperme. Skupina znanstvenika sa Sveučilišta Twente (Nizozemska) i njemačkog Sveučilišta u Kairu (Egipat) razvila je mikrorobote slične spermiji kojima se može kontrolirati osciliranje slabih magnetskih polja. Mogle bi se koristiti za sofisticirane mikromanipulacije i ciljane terapijske zadatke.
- Roboti na bazi bakterija. Inženjeri sa sveučilišta Drexel razvili su način korištenja električnih polja kako bi pomogli mikroskopskim robotima koje pokreću bakterije u otkrivanju prepreka i kretanju kroz njih. Aplikacije uključuju isporuku lijekova, manipulaciju matičnim stanicama za usmjeravanje njihovog rasta ili izgradnju mikrostrukture.
- Nano-projektili. Nekoliko istraživačkih skupina nedavno je izgradilo brzu verziju daljinsko upravljanih raketa nanosima kombinirajući nanočestice s biološkim molekulama. Znanstvenici se nadaju da će razviti raketu koja bi mogla djelovati u bilo kojem okruženju; na primjer, za dostavu lijeka ciljanom području tijela.
Glavna područja primjene nano- i mikromate
Mogućnosti primjene takvih nano- i mikromobila gotovo su beskrajne. Na primjer:
- Liječenje raka. Preciznije i učinkovitije identificirajte i uništite stanice raka.
- Mehanizam za dostavu lijekova. Izgraditi ciljane mehanizme za dostavu lijekova za kontrolu i prevenciju bolesti.
- Medicinsko snimanje. Stvaranje nanočestica koje se skupljaju u određenim tkivima i zatim skeniranje tijela u postupku magnetske rezonancije (MRI) može otkriti probleme poput dijabetesa.
- Novi senzorski uređaji. Uz gotovo neograničene mogućnosti podešavanja karakteristika sondiranja i skeniranja nanorobota, mogli bismo otkriti svoja tijela i učinkovitije izmjeriti svijet oko nas.
- uređaji za pohranu podataka. Bioinžinjer i genetičar s Harvarda Wyss-a uspješno je pohranio 5,5 petabita podataka - oko 700 terabajta - u jednom gramu DNK, nadmašivši dosadašnji rekord u gustoći podataka DNK tisuću puta.
- Novi energetski sustavi. Nanoroboti mogu igrati ulogu u razvoju učinkovitijeg sustava za korištenje obnovljivih izvora energije. Ili bi mogli učiniti naše moderne strojeve energetski učinkovitijima na način da im treba manje energije da bi radili pri istoj učinkovitosti.
- Izuzetno jaki metamaterijali. Na području metamaterijala ima puno istraživanja. Grupa na Kalifornijskom tehnološkom institutu razvila je novu vrstu materijala sastavljenu od nano nanošenja sličnih onima Eiffelovog tornja koji je postao jedan od najjačih i najlakših u povijesti.
- Pametni prozori i zidovi. Elektrokromatski uređaji koji dinamički mijenjaju boju kada se potencijali primjenjuju, uveliko se proučavaju za uporabu u energetski učinkovitim pametnim prozorima - koji bi mogli održavati unutarnju temperaturu u sobi, samočišćenje i još mnogo toga.
- Mikro spužve za čišćenje oceana. Spužva s ugljičnom nanocjevčicom koja može usisati zagađivače vode poput gnojiva, pesticida i lijekova tri puta je učinkovitija od prethodnih opcija.
- Replikatori. Poznati i kao molekularni monteri, ovi predloženi uređaji mogu provesti kemijske reakcije organiziranjem reaktivnih molekula s atomskom preciznošću.
- Zdravstveni senzori. Ovi senzori mogli bi nadzirati našu kemiju krvi, obavijestiti nas o svemu što se događa, otkriti štetnu hranu ili upalu u tijelu i tako dalje.
- Spajanje mozga s Internetom. Ray Kurzweil vjeruje da će nam nanoroboti omogućiti da 2030. povežemo svoj biološki živčani sustav s oblakom.
Kao što vidite, ovo je tek početak. Mogućnosti su gotovo beskrajne.
Nanotehnologija ima potencijal da riješi neke od najvećih izazova sa kojima se svijet danas suočava. Mogli bi poboljšati ljudsku produktivnost, osigurati nam sve potrebne materijale, vodu, energiju i hranu, zaštititi nas od nepoznatih bakterija i virusa, pa čak i smanjiti broj razloga za ometanje svijeta.
Ako to nije dovoljno, tržište nanotehnologije je ogromno. Do 2020. godine globalna industrija nanotehnologije porast će na 75,8 milijardi dolara.
ILYA KHEL