Tämä artikkeli on suunniteltu päivitys kaikkeen, jonka tiesit ihmiskunnan tehokkaimmista työkaluista: nanoteknologia. Tunnettu yrittäjä ja insinööri, X-palkinnon säätiön, Planetary Resources ja muiden aloitteiden johtaja ja perustaja Peter Diamandis kertoi näkemyksensä siitä, mitä maailman laboratorioissa tapahtuu ja mitä nanoteknologian mahdollisia sovelluksia odottaa terveydenhuollossa, energiassa ja ympäristönsuojelussa ympäristö, materiaalitiede, tietojen varastointi ja käsittely.
Koska tekoäly on saanut viime aikoina paljon huomiota, meidän pitäisi pian kuulla uskomattomista läpimurtoista nanoteknologian alalla.
Nanoteknologian alkuperä
Useimpien historioitsijoiden mielestä termin alullepanijana on fyysikko Richard Feynman ja hänen vuoden 1959 puheessaan: "Alla on paljon tilaa." Puheessaan Feynman kuvasi päivän, jolloin koneita voitaisiin vähentää niin paljon ja tietoa koodattaisiin pieniin tiloihin, jotta siitä päivästä alkaisi uskomaton tekninen läpimurto.
Mutta Eric Drexlerin kirja "Luomisen moottorit: Nanoteknologian tulevat aikakaudet" paljasti tämän idean todella. Drexler keksi idean itsetoistuvista nanokoneista: koneista, joita muut koneet rakentavat.
Koska nämä koneet ovat ohjelmoitavia, niitä voidaan käyttää rakentamaan ei vain enemmän näitä koneita, vaan mitä haluat. Ja koska tämä rakentaminen tapahtuu atomitasolla, nämä nanorobotit voivat ottaa kaikenlaisen materiaalin (maaperä, vesi, ilma, mikä tahansa) atomin atomilla ja koota siitä mitään.
Drexler piirsi kuvan maailmasta, jossa koko kongressikirjasto mahtui sirulle, joka on kooltaan sokerikuutio ja jossa ympäristöpesurit puhdistavat epäpuhtaudet suoraan ilmasta.
Mainosvideo:
Mutta ennen kuin tutkimme nanoteknologian mahdollisuuksia, käydään läpi perusteet.
Mikä on "nanoteknologia"?
Nanoteknologia on tiede, tekniikka ja tekniikka, jota suoritetaan nanomittakaavassa, joka on välillä 1 - 100 nanometriä. Pohjimmiltaan he manipuloivat ja manipuloivat materiaaleja atomi- ja molekyylitasolla.
Jotta ymmärrät, kuvittele, mikä on nanometri:
- Maan ja lasten kuution suhde on suunnilleen metrin suhde nanometriin.
- Tämä on miljoona kertaa vähemmän kuin muurahaisen pituus.
- Paperiarkin paksuus on noin 100 000 nanometriä.
- Punasolun halkaisija on 7000-8000 nanometriä.
- DNA-ketjun halkaisija on 2,5 nanometriä.
Nanobotti on kone, joka pystyy rakentamaan ja käsittelemään asioita tarkasti ja atomitasolla. Kuvittele robotti, joka voi manipuloida atomeja, kuten lapsi voi manipuloida LEGO-tiiliä, rakentamalla mitä tahansa (C, N, H, O, P, Fe, Ni jne.) Perusatomien rakennuspalikoista. Vaikka jotkut ihmiset kieltävät nanorobotien tulevaisuuden tieteiskirjallisuutena, sinun on ymmärrettävä, että jokainen meistä on elossa tänään kiitos lukemattomien nanobotien toiminnan triljoonissa soluissamme. Annamme heille biologisia nimiä kuten "ribosomit", mutta ytimessä ne ovat ohjelmoituja koneita, joilla on toiminto.
On myös syytä erottaa toisistaan "märkä" tai "biologinen" nanoteknologia, joka käyttää DNA: ta ja elämän koneita ainutlaatuisten rakenteiden luomiseksi proteiineista tai DNA: sta (rakennusmateriaalina), ja enemmän Drexler-nanoteknologiaa, johon sisältyy "kokoonpanijan" tai koneen rakentaminen. harjoittaa 3D-tulostusta nanomittakaavoisilla atomeilla tehokkaasti minkä tahansa termodynaamisesti vakaan rakenteen luomiseksi.
Katsotaanpa muutamia nanoteknologiatyyppejä, joihin tutkijat kamppailevat.
Erityyppiset nanobotit ja sovellukset
Yleensä nanorobotteja on paljon. Tässä on vain muutama niistä.
- Pienimmät mahdolliset moottorit. Ryhmä fyysikoita Mainzin yliopistosta Saksassa rakensi äskettäin historian pienimmän yhden atomin moottorin. Kuten mikään muu, tämä moottori muuntaa lämpöenergian liikkeelle - mutta se tekee niin pienimmässä mittakaavassa. Atomi on loukussa sähkömagneettisen energian kartioon, ja se kuumennetaan ja jäähdytetään laserien avulla, mikä saa atomin liikkumaan kartiossa edestakaisin kuten moottorin mäntä.
- 3D-liikkuvat DNA-nanokoneet. Ohion osavaltion yliopiston mekaaniset insinöörit suunnittelivat ja rakensivat monimutkaisia nanomittakaavan mekaanisia osia käyttämällä DNA-origamia - todistaen, että samoja suunnittelun perusperiaatteita, joita sovelletaan täysikokoisiin koneisiin, voidaan soveltaa DNA: han - ja he voivat tuottaa monimutkaisia. hallitut komponentit tuleville nanorobotille.
- Nanofiinit. ETH Zürichin ja Technionin tutkijat ovat kehittäneet elastisen "nanofiinin", joka on 15 mikrometriä (metriä miljoonasosaa metriä) pitkä ja 200 nanometrin paksuinen polypyrrooli (Ppy) nanorata, joka voi liikkua biologisen nesteen läpi nopeudella 15 mikrometriä sekunnissa. Nanofiinejä voidaan mukauttaa toimittamaan lääkkeitä ja käyttämään magneetteja ohjaamaan niitä esimerkiksi verenkierron kautta kohdistamaan syöpäsoluja.
- Ant nanomoottori. Cambridgen yliopiston tutkijat ovat kehittäneet pienen moottorin, joka kykenee käyttämään 100 kertaa omaa painoaan mihinkään lihakseen. Uudet nanomoottorit voivat johtaa nanorobotteihin, jotka ovat riittävän pieniä tunkeutumaan eläviin soluihin ja torjumaan tauteja, tutkijat sanovat. Tutkimusta johtava Cavendish Laboratoriesin professori Jeremy Baumberg kutsui laitetta "muurahaiseksi". Kuten todellinen muurahainen, se voi käyttää voimaa moninkertaisesti oman painonsa verran.
- Mikrorobotit siittiötyypin mukaan. Ryhmä tutkijoita Twenten yliopistosta (Alankomaat) ja Saksan yliopistosta Kairossa (Egypti) ovat kehittäneet siittiöiden kaltaiset mikrorobotit, joita voitaisiin hallita värähtelemällä heikkoja magneettikenttiä. Niitä voidaan käyttää hienostuneisiin mikromanipulaatioihin ja kohdennettuihin terapeuttisiin tehtäviin.
- Bakteereihin perustuvat robotit. Drexel-yliopiston insinöörit ovat kehittäneet tavan käyttää sähkökenttiä bakteerien käyttämien mikroskooppisten robotien avulla havaita ja navigoida esteitä. Sovellukset sisältävät lääkkeen antamisen, kantasolujen manipuloinnin niiden kasvun ohjaamiseksi tai mikrorakenteen rakentamisen.
- Nano-ohjukset. Useat tutkimusryhmät ovat äskettäin rakentaneet nopean version kauko-ohjatuista nanomittakaavoista raketeista yhdistämällä nanohiukkaset biologisiin molekyyleihin. Tutkijat toivovat kehittääkseen raketin, joka pystyy toimimaan missä tahansa ympäristössä; esimerkiksi lääkkeen toimittamiseksi kehon kohdealueelle.
Nano- ja mikromahkojen tärkeimmät käyttöalueet
Tällaisten nano- ja mikromainojen käyttömahdollisuudet ovat käytännössä rajattomat. Esimerkiksi:
- Syövänhoito. Tunnista ja tuhoa syöpäsolut tarkemmin ja tehokkaammin.
- Huumeiden jakelujärjestelmä. Rakenna kohdennetut lääkkeiden jakelumekanismit sairauksien torjuntaan ja ehkäisyyn.
- Lääketieteellinen kuvantaminen. Nanopartikkelien luominen, jotka kerääntyvät tiettyihin kudoksiin ja skannaavat sitten kehon magneettikuvauksen aikana, saattavat paljastaa diabeteksen kaltaiset ongelmat.
- Uudet anturilaitteet. Käytännöllisesti katsoen rajattomilla mahdollisuuksilla virittää nanorobotien mittaus- ja skannausominaisuudet voimme löytää kehomme ja mitata ympäröivää maailmaa tehokkaammin.
- Tietojen tallennuslaitteet. Harvard Wyssin bioinsinööri ja geneetikko on menestyksekkäästi tallentanut 5,5 petataalia dataa - noin 700 teratavua - yhdessä grammassa DNA: ta, ylittäen aiemman DNA-datan tiheyden ennätystuhanteen.
- Uudet energiajärjestelmät. Nanorobotit voivat olla tärkeämpiä kehitettäessä tehokkaampaa järjestelmää uusiutuvien energialähteiden käyttämiseksi. Tai ne voisivat tehdä nykyaikaisista koneistamme energiatehokkaampia siten, että ne tarvitsevat vähemmän energiaa toimiakseen samalla hyötysuhteella.
- Erittäin vahvat metamateriaalit. Metamateriaalien alalla on paljon tutkimusta. Kalifornian teknologiainstituutin ryhmä on kehittänyt uuden tyyppistä materiaalia, joka koostuu nanokokoisista tuista, jotka ovat samanlaisia kuin Eiffel-torni, josta on tullut yksi historian vahvimmista ja kevyimmistä.
- Älykkäät ikkunat ja seinät. Sähkökromaattisia laitteita, jotka muuttavat väriä dynaamisesti potentiaalin käyttämisen yhteydessä, tutkitaan laajasti käytettäväksi energiatehokkaissa älykkäissä ikkunoissa - jotka voisivat ylläpitää huoneen sisälämpötilaa, itsepuhdistuvia ja paljon muuta.
- Mikrosienet valtamerten puhdistamiseen. Hiilinanoputkisk sieni, joka voi imeä vesisaasteita kuten lannoitteita, torjunta-aineita ja lääkkeitä, on kolme kertaa tehokkaampi kuin aiemmat vaihtoehdot.
- Kopiokoneet. Nämä ehdotetut laitteet, jotka tunnetaan myös nimellä molekyylikokoonpanijat, voivat suorittaa kemiallisia reaktioita järjestämällä reaktiivisia molekyylejä atomitarkkuudella.
- Terveysanturit. Nämä anturit voisivat seurata verikemiamme, ilmoittaa meille kaikesta tapahtuvasta, havaita haitallisia ruokia tai tulehduksia kehossa ja niin edelleen.
- Yhdistämme aivomme Internetiin. Ray Kurzweil uskoo, että nanorobotit antavat meille mahdollisuuden yhdistää biologinen hermostomme pilveen vuonna 2030.
Kuten huomaat, tämä on vasta alkua. Mahdollisuudet ovat melkein loputtomat.
Nanoteknologialla on potentiaalia ratkaista eräitä maailman nykyisistä suurimmista haasteista. Ne voisivat parantaa ihmisen tuottavuutta, toimittaa meille kaikki tarvitsemamme materiaalit, vesi, energia ja ruoka, suojata meitä tuntemattomilta bakteereilta ja viruksilta ja jopa vähentää syitä maailman häiritsemiseen.
Jos tämä ei riitä, nanoteknologian markkinat ovat valtavat. Vuoteen 2020 mennessä globaali nanoteknologiateollisuus kasvaa 75,8 miljardin dollarin markkinoille.
ILYA KHEL