Тази статия е планирана актуализация на всичко, което знаехте за най-мощните инструменти, които човечеството някога би могло да създаде: нанотехнологиите. Питър Диамандис, известен предприемач и инженер, ръководител и основател на Фондация X-Prize, Планетарни ресурси и други инициативи, очерта своето виждане за това какво се случва в лаборатории по света и какви потенциални приложения на нанотехнологиите очакват в здравеопазването, енергетиката, опазването на околната среда околна среда, материалистика, съхранение и обработка на данни.
Тъй като изкуственият интелект получи много внимание напоследък, много скоро трябва да чуем за невероятни пробиви в областта на нанотехнологиите.
Произходът на нанотехнологиите
Повечето историци смятат, че първоизточникът на термина е физикът Ричард Фейнман и неговото изказване от 1959 г.: „Отдолу има много място“. В речта си Фейнман е предвидил ден, когато машините могат да бъдат толкова намалени и толкова много информация ще бъде кодирана в малки пространства, че от този ден ще започнат невероятни технологични пробиви.
Но книгата на Ерик Дрекслер „Двигатели на сътворението: настъпващата ера на нанотехнологиите“наистина разкри тази идея. Drexler излезе с идеята за самовъзпроизвеждащи се наномашини: машини, които изграждат други машини.
Тъй като тези машини са програмируеми, те могат да се използват за изграждане не само на повече от тези машини, но и каквото искате. И тъй като тази конструкция се извършва на атомно ниво, тези нанороботи могат да отделят всеки вид материал (почва, вода, въздух и какъвто и да е) атом по атом и да сглобят всичко от него.
Дрекслер нарисува картина на свят, в който цяла библиотека на Конгреса може да се побере на чип с размерите на захарно кубче и където екологичните скрубристи измиват замърсители направо от въздуха.
Промоционално видео:
Но преди да проучим възможностите на нанотехнологиите, нека да разгледаме основите.
Какво е "нанотехнологии"?
Нанотехнологиите са наука, инженерство и технологии, проведени на наноразмер, който варира от 1 до 100 нанометра. По същество те манипулират и манипулират материали на атомно и молекулно ниво.
За да разберете, нека си представим какво е нанометър:
- Съотношението между Земята и детското кубче е приблизително съотношението на метър към нанометър.
- Това е милион пъти по-малко от дължината на мравката.
- Дебелината на лист хартия е приблизително 100 000 нанометра.
- Диаметърът на червените кръвни клетки е 7000-8000 нанометра.
- Диаметърът на веригата на ДНК е 2,5 нанометра.
Нанороботът е машина, която може да изгражда и манипулира нещата точно и на атомно ниво. Представете си робот, който може да манипулира атоми, като дете може да манипулира LEGO тухли, конструирайки всичко (C, N, H, O, P, Fe, Ni и т.н.) от основни атомни строителни блокове. Докато някои хора отричат бъдещето на нанороботите като научна фантастика, трябва да разберете, че всеки от нас е жив днес благодарение на безбройните операции на наноботите в нашите трилиони клетки. Даваме им биологични имена като „рибозоми“, но в основата им те са програмирани машини с функция.
Също така си струва да се направи разлика между "мокра" или "биологична" нанотехнология, която използва ДНК и машините на живота, за да създаде уникални структури от протеини или ДНК (като строителни материали), и повече нанотехнологии на Drexler, което включва изграждането на "асемблер" или машина, която участва в 3D печат с наноразмерни атоми, за да създаде ефективно всяка термодинамично стабилна структура.
Нека да разгледаме няколко вида нанотехнологии, с които изследователите се борят.
Различни видове наноботи и приложения
Като цяло има много нанороботи. Ето само няколко от тях.
- Най-малките възможни двигатели. Група физици от университета в Майнц в Германия наскоро построи най-малкия едноатомен двигател в историята. Както всеки друг, този двигател преобразува топлинната енергия в движение - но това прави в най-малкия мащаб. Атомът е хванат в конус от електромагнитна енергия и с помощта на лазери се нагрява и охлажда, което кара атома да се движи напред и назад в конуса, като бутало на двигател.
- 3D движещи се ДНК наномашини. Механичните инженери от Университета на Охайо проектираха и изградиха сложни механични части с наноразмер, използвайки ДНК оригами - доказвайки, че същите основни принципи на проектиране, които се прилагат за машините в пълен размер, могат да бъдат приложени към ДНК - и могат да произведат сложни. контролирани компоненти за бъдещи нанороботи.
- Нанофини. Учените от ETH Цюрих и Технион са разработили еластичен „нанофин“под формата на полипирол (Ppy) наноинер с дължина 15 микрометра (милиони от метър) и 200 нанометра, който може да се движи през биологична течност със скорост 15 микрометра в секунда. Нанофините могат да бъдат адаптирани да доставят лекарства и да използват магнити, които да ги насочват през кръвния поток, за да се насочат например към раковите клетки.
- Наномотор на мравки. Учени от университета в Кеймбридж са разработили мъничък двигател, способен да упражнява 100 пъти повече от собствената си тежест върху всеки мускул. Новите наномотори могат да доведат до нанороботи, които са достатъчно малки, за да проникнат в живите клетки и да се борят с болестите, казват учените. Професор Джеръми Баумберг от Cavendish Laboratories, който ръководи изследването, нарече устройството "мравка". Подобно на истинска мравка, тя може да упражнява сила многократно от собствената си тежест.
- Микророботи по вида на спермата. Екип от учени от Университета на Твенте (Холандия) и Германския университет в Кайро (Египет) са разработили микророботи, подобни на сперматозоиди, които могат да бъдат контролирани чрез колебания на слаби магнитни полета. Те могат да бъдат използвани за сложна микроманипулация и целеви терапевтични задачи.
- Роботи на базата на бактерии. Инженерите от университета в Drexel са разработили начин да използват електрически полета, за да помогнат на микроскопични роботи, задвижвани от бактерии, да откриват и да навигират с препятствия. Приложенията включват доставка на лекарства, манипулиране на стволови клетки за насочване на растежа им или изграждане на микроструктура.
- Нано-ракети. Няколко изследователски групи наскоро изградиха високоскоростна версия на дистанционно управляеми ракети с наноразмери, като комбинират наночастици с биологични молекули. Учените се надяват да разработят ракета, способна да работи във всяка среда; например, за да доставите лекарство до целева област на тялото.
Основните области на приложение на нано- и микромашини
Възможностите за приложение на такива нано- и микромашини са практически безкрайни. Например:
- Лечение на рак. Идентифицирайте и унищожете раковите клетки по-точно и ефикасно.
- Механизъм за доставяне на лекарства. Изградете целеви механизми за доставяне на лекарства за контрол и профилактика на заболяванията.
- Медицински изображения. Създаването на наночастици, които се събират в специфични тъкани и след това сканират тялото по време на магнитен резонанс, може да разкрие проблеми като диабет.
- Нови сензорни устройства. С практически неограничени възможности за настройка на сондажните и сканиращи характеристики на нанороботите, бихме могли да открием телата си и да измерваме света около нас по-ефективно.
- Устройства за съхранение на информация. Биоинженер и генетик от Харвард Уайс успешно съхранява 5,5 петабита данни - около 700 терабайта - в един грам ДНК, надминавайки предишния запис за плътност на ДНК данни хиляда пъти.
- Нови енергийни системи. Нанороботите могат да играят роля в разработването на по-ефективна система за използване на възобновяеми енергийни източници. Или биха могли да направят нашите съвременни машини по-енергийно ефективни по такъв начин, че да се нуждаят от по-малко енергия, за да работят със същата ефективност.
- Изключително силни метаматериали. Има много изследвания в областта на метаматериалите. Група в Калифорнийския технологичен институт е разработила нов тип материал, съставен от наноразмерни подпори, подобни на тези на Айфеловата кула, който се превърна в един от най-силните и леки в историята.
- Умни прозорци и стени. Електрохромните устройства, които динамично променят цвета, когато се прилага потенциал, се изучават широко за използване в енергийно ефективни интелигентни прозорци - които биха могли да поддържат вътрешната температура на помещението, да се самопочистват и други.
- Микро гъби за почистване на океаните. Въглеродната гъба, която може да изсмуква водни замърсители като торове, пестициди и фармацевтични продукти, е три пъти по-ефективна от предишните възможности.
- Репликатори. Известни също като молекулни асемблери, тези предложени устройства могат да провеждат химични реакции чрез организиране на реактивни молекули с атомна точност.
- Здравни сензори. Тези сензори биха могли да наблюдават кръвната ни химия, да ни уведомяват за всичко, което се случва, да открият вредна храна или възпаление в организма и т.н.
- Свързване на мозъка ни с Интернет. Рей Курцвайл смята, че нанороботите ще ни позволят да свържем биологичната си нервна система към облака през 2030 година.
Както можете да видите, това е само началото. Възможностите са почти безкрайни.
Нанотехнологиите имат потенциал да разрешат някои от най-големите предизвикателства пред света днес. Те биха могли да подобрят човешката продуктивност, да ни осигурят всички необходими материали, вода, енергия и храна, да ни предпазят от неизвестни бактерии и вируси и дори да намалят броя на причините за нарушаване на света.
Ако това не е достатъчно, пазарът за нанотехнологии е огромен. До 2020 г. световната нанотехнологична индустрия ще нарасне до $ 75,8 милиарда долара.
ИЛЯ КХЕЛ
