Tento článok je plánovanou aktualizáciou všetkého, čo ste vedeli o najsilnejších nástrojoch, aké by ľudstvo kedy mohlo vytvoriť: nanotechnológii. Peter Diamandis, renomovaný podnikateľ a inžinier, vedúci a zakladateľ Nadácie X-Prize, Planetárne zdroje a ďalšie iniciatívy, načrtol svoju víziu toho, čo sa deje v laboratóriách po celom svete a aké potenciálne aplikácie nanotechnológií čakajú v oblasti zdravotnej starostlivosti, energetiky a ochrany životného prostredia. životné prostredie, veda o materiáloch, ukladanie a spracovanie údajov.
Keďže umelej inteligencii sa v poslednej dobe venovala veľká pozornosť, veľmi skoro by sme mali počuť o neuveriteľných prielomoch v oblasti nanotechnológií.
Pôvod nanotechnológie
Väčšina historikov verí, že pôvodcom tohto termínu je fyzik Richard Feynman a jeho prejav v roku 1959: „Dolu je veľa miesta.“Vo svojom prejave Feynman predpokladal deň, keď by sa stroje mohli zredukovať a aby sa v malom priestore kódovalo toľko informácií, že od toho dňa začnú neuveriteľné technologické objavy.
Kniha od Eric Drexlera s názvom „Motory stvorenia: Nadchádzajúce obdobie nanotechnológií“túto myšlienku skutočne odhalila. Drexler prišiel s myšlienkou samoreplikujúcich sa nanomechanických strojov: strojov, ktoré vyrábajú iné stroje.
Pretože tieto stroje sú programovateľné, môžu sa použiť na zostavenie nielen viacerých týchto strojov, ale aj toho, čo chcete. A keďže táto konštrukcia prebieha na atómovej úrovni, tieto nanoroboty dokážu atómom rozobrať akýkoľvek druh materiálu (zemina, voda, vzduch, čokoľvek) a z nej zostaviť čokoľvek.
Drexler nakreslil obraz sveta, kde celá čipka Kongresu by sa mohla zmestiť na čip veľkosti kocky cukru a kde pranie životného prostredia prať nečistoty priamo zo vzduchu.
Propagačné video:
Predtým, ako preskúmame možnosti nanotechnológií, prejdeme si základy.
Čo je to „nanotechnológia“?
Nanotechnológia je veda, strojárstvo a technológia vykonávaná na nanoúrovni, ktorá sa pohybuje od 1 do 100 nanometrov. V podstate ide o manipuláciu a manipuláciu s materiálmi na atómovej a molekulárnej úrovni.
Aby ste to pochopili, predstavme si, čo je nanometer:
- Pomer Zeme k detskej kocke je približne pomer metra k nanometru.
- To je miliónkrát menej ako dĺžka mravca.
- Hrúbka listu papiera je približne 100 000 nanometrov.
- Priemer červených krviniek je 7 000 - 8 000 nanometrov.
- Priemer reťazca DNA je 2,5 nanometra.
Nanobot je stroj, ktorý dokáže presne a na atómovej úrovni stavať a manipulovať s vecami. Predstavte si, že robot, ktorý dokáže manipulovať s atómami ako dieťa, môže manipulovať s tehlami LEGO a vytvárať všetko (C, N, H, O, P, Fe, Ni, atď.) Zo základných atómových stavebných blokov. Zatiaľ čo niektorí ľudia popierajú budúcnosť nanorobotov ako sci-fi, musíte pochopiť, že každý z nás je dnes nažive vďaka nespočetným operáciám nanobotov v našich biliónoch buniek. Dáme im biologické názvy ako „ribozómy“, ale vo svojom jadre sú to naprogramované stroje s funkciou.
Za zmienku tiež stojí rozlíšenie medzi „mokrou“alebo „biologickou“nanotechnológiou, ktorá využíva DNA a stroje života na vytváranie jedinečných štruktúr z proteínov alebo DNA (ako stavebné materiály), a viac Drexlerovej nanotechnológie, ktorá zahŕňa výstavbu „montážneho pracovníka“alebo stroj, ktorý zapája sa do 3D tlače s atómami v nano mierke, aby efektívne vytvoril akúkoľvek termodynamicky stabilnú štruktúru.
Pozrime sa na niekoľko typov nanotechnológií, s ktorými vedci zápasia.
Rôzne typy nanobotov a aplikácií
Všeobecne existuje veľa nanorobotov. Tu je len niekoľko z nich.
- najmenšie možné motory. Skupina fyzikov z University of Mainz v Nemecku nedávno postavila najmenší jednoatómový motor v histórii. Ako každý iný, tento motor prevádza tepelnú energiu na pohyb - ale robí to v najmenšom meradle. Atóm je uväznený v kuželi elektromagnetickej energie a pomocou laserov je zahrievaný a chladený, čo spôsobuje, že sa atóm pohybuje v kuželi dopredu a dozadu ako piest motora.
- 3D pohyblivé nanomechanické DNA. Strojní inžinieri z Ohio State University navrhli a postavili zložité mechanické časti nanomateriálov s použitím origami DNA - čo dokazuje, že na DNA sa dajú aplikovať rovnaké základné princípy dizajnu, aké platia pre stroje v plnej veľkosti - a môžu produkovať zložité. riadené komponenty pre budúce nanoroboty.
- Nanofíny. Vedci z ETH v Zürichu a Technionu vyvinuli elastický „nanofín“vo forme polypyrrolového (Ppy) nanowire 15 mikrometrov (milióntiny metra) dlhého a 200 nanometrov hrubého, ktorý sa môže pohybovať biologickou tekutinou rýchlosťou 15 mikrometrov za sekundu. Nanofíny môžu byť upravené tak, aby dodávali lieky a napríklad pomocou magnetov ich viedli krvným riečiskom k cieľovým rakovinovým bunkám.
- Ant nanomotor. Vedci z University of Cambridge vyvinuli malý motor schopný vyvinúť 100-násobok svojej vlastnej hmotnosti na akýkoľvek sval. Vedci tvrdia, že nové nanomotory by mohli viesť k nanorobotom, ktoré sú dostatočne malé na to, aby prenikli do živých buniek a bojovali s chorobami. Profesor Jeremy Baumberg z Cavendish Laboratories, ktorý vedie štúdiu, nazval zariadenie „mravcom“. Ako skutočný mravec, môže vyvinúť silu mnohokrát svoju vlastnú váhu.
- Mikro-roboty podľa typu spermií. Skupina vedcov z University of Twente (Holandsko) a Nemecká univerzita v Káhire (Egypt) vyvinula mikro-roboty spermií, ktoré by bolo možné regulovať osciláciou slabých magnetických polí. Mohli by sa použiť na dômyselnú mikromanipuláciu a cielené terapeutické úlohy.
- Roboty založené na baktériách. Technici spoločnosti Drexel University vyvinuli spôsob, ako používať elektrické polia na pomoc mikroskopickým robotom poháňaným baktériami odhaľovať a navigovať prekážky. Aplikácie zahŕňajú dodávanie liečiva, manipuláciu s kmeňovými bunkami na usmernenie ich rastu alebo štruktúru mikroštruktúry.
- Nano rakety. Niekoľko výskumných skupín nedávno postavilo vysokorýchlostnú verziu diaľkovo ovládaných rakiet s nanočásticami kombináciou nanočastíc s biologickými molekulami. Vedci dúfajú, že vyvinú raketu schopnú fungovať v akomkoľvek prostredí; napríklad na dodanie liečiva do cieľovej oblasti tela.
Hlavné oblasti aplikácie nano- a mikromachimov
Možnosti použitia takýchto nano- a mikromachinov sú prakticky nekonečné. Napríklad:
- Liečba rakoviny. Presnejšie a účinnejšie identifikujte a zničte rakovinové bunky.
- Mechanizmus dodávania liečiva. Vybudovať cielené mechanizmy dodávania liekov na kontrolu a prevenciu chorôb.
- lekárske zobrazovanie. Vytvorenie nanočastíc, ktoré sa zhromažďujú v špecifických tkanivách a potom skenujú telo počas zobrazovania magnetickou rezonanciou, by mohlo odhaliť problémy, ako je cukrovka.
- Nové snímacie zariadenia. S prakticky neobmedzenými možnosťami vyladenia sondových a skenovacích charakteristík nanorobotov sme mohli objaviť naše telá a efektívnejšie merať svet okolo nás.
- Zariadenia na ukladanie informácií. Bioinžinier a genetik v Harvarde Wyss úspešne uložil 5,5 petabits údajov - približne 700 terabajtov - do jedného gramu DNA, čím tisíckrát prekonal predchádzajúci záznam pre hustotu údajov o DNA.
- Nové energetické systémy. Nanoroboty môžu zohrávať úlohu pri vývoji účinnejšieho systému využívania obnoviteľných zdrojov energie. Alebo by mohli urobiť naše moderné stroje energeticky účinnejšími takým spôsobom, že potrebujú menej energie, aby mohli pracovať s rovnakou účinnosťou.
- Extra silné metamateriály. V oblasti metamateriálov je veľa výskumov. Skupina na kalifornskom technologickom inštitúte vyvinula nový typ materiálu, ktorý sa skladá z nano-rozmerných vzpier podobných Eiffelovej veži, ktorá sa stala jednou z najsilnejších a najľahších v histórii.
- Inteligentné okná a steny. Elektrochromatické zariadenia, ktoré pri použití potenciálu dynamicky menia farbu, sa široko študujú na použitie v energeticky účinných inteligentných oknách - ktoré by mohli udržiavať vnútornú teplotu miestnosti, samočistiť a ďalšie.
- Mikrob hubky na čistenie oceánov. Špongia z uhlíkových nanotrubíc, ktorá môže nasávať znečisťujúce látky do vody, ako sú hnojivá, pesticídy a liečivá, je trikrát účinnejšia ako predchádzajúce možnosti.
- Replikátory. Tieto navrhované zariadenia, tiež známe ako molekulárne zostavovače, môžu vykonávať chemické reakcie usporiadaním reaktívnych molekúl s atómovou presnosťou.
- Zdravotné senzory. Tieto senzory by mohli monitorovať našu chémiu krvi, informovať nás o všetkom, čo sa deje, zistiť škodlivé jedlo alebo zápal v tele atď.
- Pripojenie mozgu k internetu. Ray Kurzweil verí, že nanoroboty nám umožnia v roku 2030 spojiť náš biologický nervový systém s cloudom.
Ako vidíte, toto je len začiatok. Možnosti sú takmer nekonečné.
Nanotechnológia má potenciál vyriešiť niektoré z najväčších výziev, ktorým dnes svet čelí. Mohli by zlepšiť ľudskú produktivitu, poskytnúť nám všetky potrebné materiály, vodu, energiu a jedlo, chrániť nás pred neznámymi baktériami a vírusmi a dokonca znížiť počet dôvodov narušenia sveta.
Ak to nestačí, nanotechnologický trh je obrovský. Do roku 2020 sa svetový nanotechnologický priemysel rozrastie na 75,8 miliárd dolárov.
ILYA KHEL