Nanotecnología que usamos en la vida. "Nanotecnología en el mundo moderno

Markin Kirill Petrovich

El campo de la ciencia y la tecnología llamado nanotecnología apareció hace relativamente poco tiempo. Las perspectivas de esta ciencia son inmensas. La propia partícula "nano" significa una mil millonésima parte de cualquier valor. Por ejemplo, un nanómetro es una mil millonésima parte de un metro. Estos tamaños son similares a los de moléculas y átomos. La definición precisa de nanotecnología es la siguiente: nanotecnología son tecnologías que manipulan la materia a nivel de átomos y moléculas (por lo tanto, la nanotecnología también se llama tecnología molecular). El impulso para el desarrollo de la nanotecnología fue una conferencia de Richard Feynman, en la que demuestra científicamente que desde el punto de vista de la física no existen obstáculos para crear cosas directamente a partir de átomos. Para denotar un medio de manipular átomos de manera eficiente, se introdujo el concepto de ensamblador: una nanomáquina molecular que puede construir cualquier estructura molecular. Un ejemplo de ensamblador natural es el ribosoma, que sintetiza proteínas en organismos vivos. Obviamente, la nanotecnología no es solo un conocimiento separado; es un área de investigación integral a gran escala relacionada con las ciencias fundamentales. Podemos decir que casi cualquier asignatura, de las que se estudian en la escuela, de una forma u otra estará asociada a las tecnologías del futuro. El más obvio es la conexión de "nano" con la física, la química y la biología. Aparentemente, son estas ciencias las que recibirán el mayor impulso para el desarrollo en relación con la revolución nanotécnica que se avecina.

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Introducción ……………………………………………………………… ..
1. Nanotecnología en mundo moderno………………………………...
1.1 La historia del surgimiento de la nanotecnología ………………………… ...
1.2 Nanotecnología en diferentes esferas de la vida humana….
1.2.1 Nanotecnología en el espacio …………………………………………
1.2.2 Nanotecnología en medicina …………………………………………….
1.2.3 Nanotecnología en la industria alimentaria ………………… ...
1.2.4 Nanotecnología en asuntos militares ………………………………… ..
Conclusión………………………………………………………………..
Bibliografía …………………………… ...................................... ...

Introducción.

Actualmente, poca gente sabe qué es la nanotecnología, aunque el futuro está detrás de esta ciencia.

Objeto del trabajo:

Aprenda qué es la nanotecnología;

Conozca la aplicación de esta ciencia en diversos campos;

Descubra si la nanotecnología puede ser peligrosa para los humanos.

Hoy podemos aprovechar los beneficios y las nuevas oportunidadesnano tecnologías en:

medicina, incluida la aeroespacial;
farmacología;
geriatría;
proteger la salud de la nación frente a la creciente crisis ambiental y los desastres provocados por el hombre;
redes informáticas mundiales y comunicaciones de información basadas en nuevos principios físicos;
sistemas de comunicación de ultra larga distancia;
equipos para automóviles, tractores y aviación;
carretera segura;
sistemas de seguridad de la información;
solucionar problemas medioambientales de las megalópolis;
agricultura;
resolver problemas de abastecimiento de agua potable y tratamiento de aguas residuales;
fundamentalmente nuevos sistemas de navegación;
Renovación de materias primas minerales e hidrocarburos naturales.

Decidimos centrarnos en la aplicación de la nanotecnología en la medicina, la industria alimentaria, los asuntos militares y el espacio, ya que estas áreas despertaron interés en nosotros.

1. Nanotecnología en el mundo moderno.

1.1 La historia del surgimiento de la nanotecnología.

Ciencia "Nanotecnología Yo soy" surgió debido a cambios revolucionarios en la informática!

En 1947, se inventó el transistor, después de lo cual comenzó la era del apogeo de la tecnología de semiconductores, en la que el tamaño de los dispositivos de silicio creados disminuía constantemente.El término "nanotecnología"en 1974, propuesto por el japonés Noryo Taniguchi para describir el proceso de construcción de nuevos objetos y materiales mediante la manipulación de átomos individuales. El nombre proviene de la palabra "nanómetro": una mil millonésima parte de un metro (10-9 m).

En términos modernos, la nanotecnología es una tecnología para fabricar estructuras supermicroscópicas a partir de las partículas más pequeñas de materia, combinando todos los procesos técnicos directamente relacionados con átomos y moléculas.

La nanotecnología moderna tiene una huella histórica bastante profunda. Los hallazgos arqueológicos dan testimonio de la existencia de formulaciones coloidales en el mundo antiguo, por ejemplo, "tinta china" en el Antiguo Egipto. El famoso acero de Damasco se fabricó gracias a la presencia de nanotubos en él.

El padre de la idea de la nanotecnología puede ser considerado condicionalmente el filósofo griego Demócrito alrededor del 400 a. C. En esa época, utilizó por primera vez la palabra "átomo", que traducida del griego significa "irrompible", para describir la partícula más pequeña de materia.

Aquí hay un camino de desarrollo aproximado:

1905 año. El físico suizo Albert Einstein publicó un artículo en el que argumentó que el tamaño de una molécula de azúcar es de aproximadamente 1 nanómetro.
1931 año. Los físicos alemanes Max Knoll y Ernst Ruska crearon un microscopio electrónico, que hizo posible por primera vez estudiar nanoobjetos.
1934 año. El físico teórico estadounidense, premio Nobel Eugene Wigner, fundamentó teóricamente la posibilidad de crear un metal ultradisperso con un número suficientemente pequeño de electrones de conducción.
1951 año. John von Neumann destacó los principios de las máquinas autocopiadoras, los científicos generalmente confirmaron su posibilidad.
En 1953, Watson y Crick describieron la estructura del ADN, que mostró cómo los objetos vivos transmiten las instrucciones que guían su construcción.
1959 año. El físico estadounidense Richard Feynman publicó por primera vez un artículo que evaluaba las perspectivas de la miniaturización. Premio Nobel R. Feynman escribió una frase que ahora se percibe como una profecía: "Por lo que veo, los principios de la física no prohíben la manipulación de átomos individuales". Este pensamiento se expresó cuando aún no se había realizado el comienzo de la era posindustrial; en esos años no había circuitos integrados, ni microprocesadores, ni computadoras personales.
1974 año. El físico japonés Norio Taniguchi introdujo la palabra "nanotecnología" en la circulación científica, que propuso nombrar mecanismos de menos de una micra de tamaño. La palabra griega para "deriva" significa aproximadamente "anciano".
1981 año. Glater fue el primero en llamar la atención sobre la posibilidad de crear materiales con propiedades únicas, cuya estructura está representada por cristalitos del rango de nanoescala.

El 27 de marzo de 1981, CBS Radio News citó a un científico de la NASA diciendo que los ingenieros podrían construir robots autorreplicantes en veinte años, para usarlos en el espacio o en la Tierra. Estas máquinas construirían copias de sí mismas, y las copias podrían recibir instrucciones para crear productos útiles.
1982 G. Bining y G. Rohrer crearon el primer microscopio de túnel de barrido.
1985 año. Los físicos estadounidenses Robert Curl, Harold Kroto y Richard Smaley han creado una tecnología que puede medir con precisión objetos con un diámetro de un nanómetro.
1986 año. La nanotecnología se ha dado a conocer al público en general. El científico estadounidense Eric Drexler publicó el libro "Máquinas de creación: El advenimiento de la era de la nanotecnología", en el que predijo que la nanotecnología pronto comenzaría a desarrollarse activamente.
1991, Houston (EE. UU.), Departamento de Química, Universidad Rais. En su laboratorio, el Dr. R. Smoly (premio Nobel de 1996) con la ayuda de un láser de grafito vaporizado al vacío, cuya fase gaseosa estaba formada por trituradoras bastante grandes, cada una de las cuales contenía 60 átomos de carbono. Un grupo de 60 átomos es más estable, ya que tiene una mayor cantidad de energía libre. Este grupo es una formación estructural similar a un balón de fútbol y sugirió llamar a esta molécula fullereno.
1991, Sumio Ijima, un empleado del laboratorio NEC en Japón, descubrió por primera vez nanotubos de carbon, que previamente había sido predicho unos meses antes por el físico ruso L. Chernozatonsky y el estadounidense J. Mintmere.
1995 año. En el L.Ya. Karpov desarrolló un sensor basado en un nanocompuesto de película que detecta diversas sustancias en la atmósfera (amoníaco, alcohol, vapor de agua).
1997 año. Richard E. Smoli, Premio Nobel de Química de 1996 y profesor de Química y Física, predijo el ensamblaje de átomos en 2000 y, al mismo tiempo, predijo la aparición de los primeros nanoproductos comerciales. Este pronóstico se hizo realidad en la fecha prevista.
1998 año. Se confirmó experimentalmente la dependencia de las propiedades eléctricas de los nanotubos de los parámetros geométricos.
1998 año. El físico holandés Sees Dekker ha creado un transistor basado en nanotecnología.
1998 año. El ritmo de desarrollo de la nanotecnología comenzó a crecer de forma vertiginosa. Japón ha identificado la nanotecnología como una categoría de tecnología probable para el siglo XXI.
1999 año. Los físicos estadounidenses James Tour y Mark Reed determinaron que una sola molécula puede comportarse de la misma manera que las cadenas moleculares.
año 2000. El grupo de investigación de Hewlett-Packard ha creado una molécula de conmutación o minimicrodiodo utilizando los últimos métodos nanotecnológicos de autoensamblaje.

año 2000. El comienzo de la era de la nanoelectrónica híbrida.
2002 año. S. Decker combinó un nanotubo con ADN, obteniendo un único nanomecanismo.
2003 año. Los científicos japoneses fueron los primeros en el mundo en crear un dispositivo de estado sólido que implementa uno de los dos elementos básicos necesarios para crear una computadora cuántica. 2004 año. Se presentó la "primera computadora cuántica del mundo"

El 7 de septiembre de 2006, el Gobierno de la Federación de Rusia aprobó el concepto del Programa Federal de Objetivos para el Desarrollo de Nanotecnologías para 2007-2010.

Por lo tanto Habiéndose formado históricamente, hasta el momento presente, la nanotecnología, habiendo conquistado el área teórica de la conciencia pública, continúa penetrando en su capa cotidiana.

Sin embargo, la nanotecnología no debería reducirse únicamente a un avance revolucionario local en estas áreas (electrónica, tecnología de la información). En nanotecnología ya se han obtenido una serie de resultados sumamente importantes que permiten esperar avances significativos en el desarrollo de muchas otras áreas de la ciencia y la tecnología (medicina y biología, química, ecología, energía, mecánica, etc.). Por ejemplo, al ir al rango nanométrico (es decir, a objetos con longitudes características de aproximadamente 10 nm), muchas de las propiedades más importantes de sustancias y materiales cambian significativamente. Estamos hablando de características tan importantes como la conductividad eléctrica, el índice de refracción óptica, propiedades magnéticas, fuerza, resistencia al calor, etc. Basado en materiales con Ya se están creando nuevos tipos de células solares, convertidores de energía, productos ecológicos, etc. con nuevas propiedades.Es posible que sea la producción de materiales baratos, que ahorren energía y respetuosos con el medio ambiente la que se convierta en la consecuencia más importante de la introducción de la nanotecnología.Ya se han creado sensores biológicos de alta sensibilidad (sensores) y otros dispositivos, que permiten hablar del surgimiento de una nueva ciencia de la nanobiotecnología y tienen grandes perspectivas de aplicación práctica. La nanotecnología ofrece nuevas posibilidades para el micromecanizado de materiales y la creación de nuevos procesos de producción y nuevos productos sobre esta base, que deberían tener un impacto revolucionario en la vida económica y social de las generaciones futuras.

1.2. Nanotecnología en diferentes esferas de la vida humana

La penetración de la nanotecnología en la esfera de la actividad humana puede representarse como un árbol de la nanotecnología. La aplicación tiene la forma de un árbol, cuyas ramas representan las principales áreas de aplicación, y las ramas de las ramas grandes representan la diferenciación dentro de las principales áreas de aplicación en un momento dado.

Hoy (2000 - 2010) hay la siguiente imagen:

Las ciencias biológicas implican el desarrollo de tecnología de marcado de genes, superficies para implantes, superficies antimicrobianas, fármacos dirigidos, ingeniería de tejidos y terapia oncológica.
Las fibras simples implican el desarrollo de la tecnología del papel, materiales de construcción baratos, tableros livianos, autopartes y materiales resistentes.
Los nanoclips implican la producción de nuevos tejidos, revestimientos de vidrio, arenas inteligentes, papel, fibras de carbono.
protección contra la corrosión mediante nanoaditivos al cobre, aluminio, magnesio, acero.
Los catalizadores están destinados a la agricultura, la desodorización y la producción de alimentos.
Los materiales fáciles de limpiar se utilizan en la vida cotidiana, la arquitectura, las industrias láctea y alimentaria, la industria del transporte y el saneamiento. Se trata de la producción de vidrios autolimpiables, equipos e instrumentos hospitalarios, revestimiento antimoho, cerámica fácil de limpiar.
Los biorevestimientos se utilizan en equipos deportivos y rodamientos.
La óptica como campo de aplicación de la nanotecnología incluye áreas como la electrocrómica, la producción de lentes ópticas. Se trata de nuevas ópticas fotocromáticas, ópticas fáciles de limpiar y ópticas recubiertas.
La cerámica en el campo de la aplicación de la nanotecnología permite obtener electroluminiscencia y fotoluminiscencia, pastas de impresión, pigmentos, nanopolvos, micropartículas, membranas.
La tecnología informática y la electrónica como campo de aplicación de la nanotecnología dará lugar al desarrollo de la electrónica, los nanosensores, las microcomputadoras domésticas (integradas), la visualización y los convertidores de energía. Además, este es el desarrollo de redes globales, comunicaciones inalámbricas, computadoras cuánticas y de ADN.
La nanomedicina, como campo de aplicación de la nanotecnología, son los nanomateriales para prótesis, prótesis "inteligentes", nanocápsulas, nanosensas de diagnóstico, implantes, reconstructores y analizadores de ADN, instrumentos "inteligentes" y de precisión, productos farmacéuticos dirigidos.
El espacio como campo de aplicación de la nanotecnología abrirá perspectivas para los convertidores mecanoeléctricos de energía solar, nanomateriales para aplicaciones espaciales.
La ecología como campo de aplicación de la nanotecnología es la restauración de la capa de ozono, el control del clima.

1.2.1 Nanotecnología en el espacio

Se está produciendo una revolución en el espacio. Comenzaron a crear satélites y nanodispositivos de hasta 20 kilogramos.

Se ha creado un sistema de microsatélites; es menos vulnerable a los intentos de destruirlo. Una cosa es derribar un coloso que pesa varios cientos de kilogramos, o incluso toneladas, en órbita, anulando inmediatamente todas las comunicaciones espaciales o el reconocimiento, y otra cosa es cuando un enjambre de microsatélites está en órbita. Deshabilitar uno de ellos en este caso no interrumpirá el funcionamiento del sistema en su conjunto. En consecuencia, se pueden reducir los requisitos de fiabilidad operativa de cada satélite.

Los jóvenes científicos creen que, entre otras cosas, la creación de nuevas tecnologías en el campo de la óptica, los sistemas de comunicación, los métodos de transmisión, recepción y procesamiento de grandes cantidades de información deben atribuirse a los problemas clave de la microminiaturización de los satélites. Estamos hablando de nanotecnología y nanomateriales que pueden reducir en dos órdenes de magnitud el peso y las dimensiones de los dispositivos lanzados al espacio. Por ejemplo, la resistencia del nanoníquel es 6 veces mayor que la del níquel ordinario, lo que hace posible, cuando se usa en motores de cohetes, reducir la masa de la boquilla en un 20-30%.Reducir la masa de la tecnología espacial resuelve muchos problemas: extiende el período de presencia de la nave espacial en el espacio, le permite volar más lejos y llevar más equipo útil para realizar investigaciones. Al mismo tiempo, se está solucionando el problema del suministro de energía. Pronto se utilizarán dispositivos en miniatura para estudiar muchos fenómenos, por ejemplo, el efecto de la luz solar en los procesos en la Tierra y en el espacio cercano a la Tierra.

Hoy el espacio no es exótico y su exploración no es solo una cuestión de prestigio. En primer lugar, esta es la pregunta. seguridad nacional y la competitividad nacional de nuestro estado. Es el desarrollo de nanosistemas supercomplejos lo que puede convertirse en una ventaja nacional del país. Al igual que la nanotecnología, los nanomateriales nos darán la oportunidad de hablar seriamente sobre vuelos tripulados a varios planetas del sistema solar. Es el uso de nanomateriales y nanomecanismos lo que puede hacer realidad los vuelos tripulados a Marte y la exploración de la superficie lunar.Otra dirección muy demandada en el desarrollo de microsatélites es la creación de la teledetección de la Tierra (ERS). Comenzó a formarse un mercado para consumidores de información con una resolución de imágenes espaciales de 1 m en el rango del radar y menos de 1 m en el rango óptico (estos datos se utilizan principalmente en cartografía).

1.2.2 Nanotecnología en medicina

Los recientes avances en nanotecnología, dicen los científicos, podrían ser muy útiles en la lucha contra el cáncer. Se ha desarrollado un fármaco contra el cáncer directamente al objetivo, a las células afectadas por un tumor maligno. Un nuevo sistema basado en un material conocido como biosilicona. La nanosilicona tiene una estructura porosa (diez átomos de diámetro), en la que es conveniente incorporar fármacos, proteínas y radionúclidos. Una vez alcanzada la meta, la biosilicona comienza a desintegrarse y los medicamentos que se le entregan se ponen en funcionamiento. Además, según los desarrolladores, el nuevo sistema le permite regular la dosis del medicamento.

A lo largo de años recientes Los empleados del Centro de Nanotecnología Biológica están trabajando en la creación de microsensores que se utilizarán para detectar células cancerosas en el cuerpo y combatir esta terrible enfermedad.

Una nueva técnica para reconocer las células cancerosas se basa en la implantación de pequeños reservorios esféricos hechos de polímeros sintéticos llamados dendrímeros (del griego dendron - árbol) en el cuerpo humano. Estos polímeros se han sintetizado en la última década y tienen una estructura fundamentalmente nueva y no integral que se asemeja a la estructura del coral o la madera. Dichos polímeros se denominan hiperramificados o en cascada. Aquellos en los que la ramificación es regular se denominan dendrímeros. En diámetro, cada una de estas esferas, o nanosensores, alcanza solo 5 nanómetros, 5 mil millonésimas de metro, lo que hace posible colocar miles de millones de tales nanosensores en un área pequeña del espacio.

Una vez dentro del cuerpo, estos pequeños sensores penetran en los linfocitos, glóbulos blancos que proporcionan la defensa del cuerpo contra las infecciones y otros factores que causan enfermedades. Con una respuesta inmune de las células linfoides a una determinada enfermedad o condiciones ambientales (un resfriado o exposición a la radiación, por ejemplo,) estructura proteica las células cambian. Cada nanosensor, recubierto con reactivos químicos especiales, comenzará a brillar con tales cambios.

Para ver este brillo, los científicos crearán un dispositivo especial que escanea la retina del ojo. El láser de un dispositivo de este tipo debería detectar el brillo de los linfocitos cuando pasan uno por uno a través de los estrechos capilares del fondo de ojo. Si hay suficientes sensores etiquetados en los linfocitos, se necesitará un escaneo de 15 segundos para detectar el daño celular, dicen los científicos.

Aquí se espera el mayor impacto de la nanotecnología, ya que afecta a la base misma de la existencia de la sociedad: el hombre. La nanotecnología alcanza un nivel tan dimensional del mundo físico, en el que la distinción entre vivos y no vivos se vuelve inestable: estas son máquinas moleculares. Incluso un virus puede considerarse en parte un sistema vivo, ya que contiene información sobre su construcción. Pero el ribosoma, aunque consta de los mismos átomos que toda la materia orgánica, no contiene esa información y, por lo tanto, es solo una máquina molecular orgánica. La nanotecnología en su forma avanzada implica la construcción de nanorobots, máquinas moleculares de composición atómica inorgánica, estas máquinas podrán construir copias de sí mismas, teniendo información sobre dicha estructura. Por lo tanto, la línea entre lo vivo y lo no vivo comienza a difuminarse. Hasta la fecha, solo se ha creado un robot de ADN andante primitivo.

La nanomedicina está representada por las siguientes posibilidades:

1. Laboratorios en un chip, administración dirigida de medicamentos en el cuerpo.

2. ADN - chips (creación de fármacos individuales).

3. Anticuerpos y enzimas artificiales.

4. Órganos artificiales, polímeros funcionales artificiales (sustitutos de tejidos orgánicos). Esta dirección está estrechamente relacionada con la idea de vida artificial y, en el futuro, conduce a la creación de robots con conciencia artificial y capaces de autocurarse en nivel molecular... Esto se debe a la expansión del concepto de vida más allá de lo orgánico.

5. Nanorobots-cirujanos (biomecanismos que realizan cambios y acciones médicas necesarias, reconocimiento y destrucción de células cancerosas). Esta es la aplicación más radical de la nanotecnología en la medicina, será la creación de nanorobots moleculares que pueden destruir infecciones y tumores cancerosos, reparar el ADN, tejidos y órganos dañados, duplicar sistemas completos de soporte vital del cuerpo y cambiar las propiedades del cuerpo.

Considerando un átomo individual como un ladrillo o "detalle", la nanotecnología busca formas prácticas de diseñar materiales con características específicas a partir de estas partes. Muchas empresas ya saben cómo ensamblar átomos y moléculas en algún tipo de estructura.

En el futuro, cualquier molécula se ensamblará como un juego de construcción infantil. Para ello, está previsto utilizar nanorobots (nanobots). Cualquier estructura químicamente estable que pueda describirse, de hecho, puede construirse. Dado que un nanobot puede programarse para construir cualquier estructura, en particular, para construir otro nanobot, serán muy baratos. Trabajando en grandes equipos, los nanobots podrán crear cualquier objeto con bajo costo y alta precisión. En medicina, el problema del uso de la nanotecnología es la necesidad de cambiar la estructura de la célula a nivel molecular, es decir, realizar "cirugía molecular" utilizando nanobots. Se espera crear médicos robóticos moleculares que puedan "vivir" dentro del cuerpo humano, eliminando todos los daños que se produzcan o previniendo la ocurrencia de los mismos.Al manipular átomos y moléculas individuales, los nanobots pueden reparar células. La fecha proyectada para la creación de médicos robóticos, la primera mitad del siglo XXI.

A pesar de la situación actual, la nanotecnología como solución fundamental al problema del envejecimiento es más que prometedora.

Esto se debe al hecho de que la nanotecnología tiene un gran potencial de aplicación comercial en muchas industrias y, en consecuencia, además de una importante financiación gubernamental, muchas grandes corporaciones llevan a cabo investigaciones en esta dirección.

Es muy posible que después de la mejora para garantizar la "eterna juventud", los nanobots ya no sean necesarios, o serán producidos por la propia célula.

Para lograr estos objetivos, la humanidad debe resolver tres preguntas principales:

1. Diseñar y crear robots moleculares que puedan reparar moléculas.
2. Diseñar y crear nanocomputadoras que controlen nanomáquinas.
3. Crear Descripción completa de todas las moléculas del cuerpo humano, en otras palabras, crear un mapa del cuerpo humano a nivel atómico.

La principal dificultad de la nanotecnología es el problema de crear el primer nanobot. Hay varias vías prometedoras.

Uno de ellos es mejorar el microscopio de efecto túnel o el microscopio de fuerza atómica y lograr precisión posicional y fuerza de agarre.
Otra forma de crear el primer nanobot es mediante síntesis química. Quizás diseñando y sintetizando ingeniosos componentes químicos que sean capaces de autoensamblarse en solución.
Y otro camino pasa por la bioquímica. Los ribosomas (dentro de la célula) son nanobots especializados y podemos usarlos para crear robots más versátiles.

Estos nanobots podrán ralentizar el proceso de envejecimiento, curar celdas individuales e interactuar con neuronas individuales.

El trabajo en el estudio comenzó relativamente recientemente, pero el ritmo de los descubrimientos en esta área es extremadamente alto, muchos creen que este es el futuro de la medicina.

1.2.3 Nanotecnología en la industria alimentaria

Nanoed (nanofood): el término es nuevo, oscuro y antiestético. ¿Comida para nanhumanos? ¿Porciones muy pequeñas? ¿Alimentos elaborados en nanofábricas? Por supuesto no. Aún así, esta es una dirección interesante en la industria alimentaria. Resulta que nanoeda es todo un conjunto de ideas científicas que ya están en camino de implementación y aplicación en la industria. En primer lugar, la nanotecnología puede brindar a los trabajadores de la alimentación oportunidades únicas para el control total en tiempo real de la calidad y seguridad de los alimentos directamente durante el proceso de producción. Estamos hablando de máquinas de diagnóstico que utilizan varios nanosensores o los denominados puntos cuánticos, capaces de detectar de forma rápida y fiable los más pequeños. contaminación química o agentes biológicos peligrosos. Los métodos de producción, transporte y almacenamiento de alimentos pueden obtener su parte de innovaciones útiles de la industria de la nanotecnología. Según los científicos, las primeras máquinas en serie de este tipo aparecerán en la producción masiva de alimentos en los próximos cuatro años. Pero también hay ideas más radicales en la agenda. ¿Estás listo para tragar nanopartículas que no se pueden ver? Pero, ¿qué pasa si las nanopartículas se utilizan a propósito para administrar nutrientes y medicamentos a partes del cuerpo seleccionadas con precisión? ¿Y si estas nanocápsulas pudieran incorporarse a los alimentos? Hasta ahora, nadie ha utilizado nanoedu, pero los avances preliminares ya están en marcha. Los expertos dicen que las nanopartículas comestibles pueden estar hechas de silicio, cerámica o polímeros. Y, por supuesto, sustancias orgánicas. Y si todo está claro con respecto a la seguridad de las llamadas partículas "blandas", similares en estructura y composición a los materiales biológicos, entonces las partículas "duras" compuestas de sustancias inorgánicas son una gran mancha blanca en la intersección de dos territorios: la nanotecnología y biología. Los científicos aún no pueden decir qué rutas viajarán tales partículas en el cuerpo y dónde se detendrán como resultado. Esto aún está por verse. Pero algunos expertos ya están pintando imágenes futuristas de los beneficios de nanoeda. Además de entregar valiosos nutrientes a las células adecuadas. La idea es la siguiente: todos compran la misma bebida, pero luego el consumidor podrá manipular él mismo las nanopartículas para que el sabor, el color, el aroma y la concentración de la bebida cambien ante sus ojos.

1.2.4 Nanotecnología en asuntos militares

El uso militar de la nanotecnología se abre cualitativamente nuevo nivel dominación técnico-militar en el mundo. Se pueden considerar las principales direcciones en la creación de nuevas armas basadas en la nanotecnología:

1. Creación de nuevos y potentes artefactos explosivos en miniatura.

2. Destrucción de macrodispositivos a nanoescala.

3. Espionaje y supresión del dolor mediante neurotecnología.

4. Nanodispositivos de armas biológicas y de orientación genética.

5. Nanoequipo para soldados.

6. Protección contra armas químicas y biológicas.

7. Nanodispositivos en sistemas de control de equipos militares.

8. Nanorevestimientos para equipamiento militar.

La nanotecnología permitirá la producción de potentes explosivos. El tamaño del explosivo se puede reducir diez veces. Un ataque de misiles guiados con nanoparlantes a plantas de regeneración de combustible nuclear podría privar al país de la capacidad física para producir plutonio apto para armas. La introducción de pequeños dispositivos robóticos en equipos electrónicos puede interrumpir el funcionamiento de los circuitos eléctricos y el uso de mecánicos. El mal funcionamiento de los centros de control y puestos de mando no se puede prevenir a menos que los nanodispositivos estén aislados. Los robots para desmontar materiales a nivel atómico se convertirán en un arma poderosa que convertirá en polvo las armaduras de los tanques, las estructuras de hormigón de los fortines, los cascos de los reactores nucleares y los cuerpos de los soldados. Pero esto sigue siendo solo una perspectiva para una forma desarrollada de nanotecnología. Mientras tanto, se están llevando a cabo investigaciones en el campo de las tecnologías neuronales, cuyo desarrollo conducirá a la aparición de nanodispositivos militares que llevan a cabo el espionaje, o la interceptación del control sobre las funciones del cuerpo humano, utilizando la conexión con la ayuda de nanodispositivos al sistema nervioso. Los laboratorios de la NASA ya han creado muestras funcionales de equipos para interceptar el habla interna. Los componentes fotónicos en nanoestructuras, capaces de recibir y procesar grandes cantidades de información, se convertirán en la base de los sistemas de vigilancia espacial, vigilancia terrestre y espionaje. Con la ayuda de nanodispositivos incrustados en el cerebro, es posible obtener una visión "artificial" (técnica) con un amplio espectro de percepción, en comparación con la visión biológica. Se está desarrollando un sistema de supresión del dolor en los soldados, implantado en el cuerpo y el cerebro, los neurochips.

La próxima aplicación de la nanotecnología en el ámbito militar son los nanodispositivos de orientación genética. Un nanodispositivo con guía genética puede programarse para realizar determinadas acciones destructivas, dependiendo de la estructura genética del ADN de la célula en la que aparece. Como condición para activar el dispositivo, se especifica una sección única del código genético de una persona específica o una plantilla para acciones en un grupo de personas. Distinguir una epidemia ordinaria de la limpieza étnica será casi imposible sin medios para detectar nanorobots. Los nanodispositivos solo funcionarán contra un tipo determinado de personas y bajo condiciones estrictamente definidas. Una vez en el cuerpo, el nanodispositivo no se manifestará de ninguna manera, hasta el comando de activación. La próxima aplicación de la nanotecnología es el equipamiento y equipamiento de los soldados. Se propone hacer una especie de híbrido a partir de una persona, uniformes y armas, cuyos elementos estarán tan estrechamente interconectados que un soldado del futuro completamente equipado puede llamarse un organismo separado.

La nanotecnología ha supuesto un gran avance en la fabricación de armaduras y chalecos antibalas.

Se supone que el equipo militar está equipado con una "pintura electromecánica" especial que cambiará de color y evitará la corrosión. La nanopintura podrá "tensar" pequeños daños en el cuerpo de la máquina y estará formada por una gran cantidad de nano-mecanismos que permitirán realizar todas las funciones anteriores. Utilizando un sistema de matrices ópticas, que serán nanomáquinas individuales en la "pintura", los investigadores quieren lograr el efecto de invisibilidad de un automóvil o un avión.

La nanotecnología cambiará el campo militar. Nueva carrera armamentista cualitativamente transformada y descontrolada. El control sobre la nanotecnología se puede implementar de manera realista solo en una civilización global. La nanotecnología permitirá la mecanización completa de la guerra de campo, excluyendo la presencia de soldados modernizados.

Así, la principal conclusión sobre el resultado de la penetración de la nanotecnología en el ámbito de las armas es la perspectiva de la formación de una sociedad global capaz de controlar la nanotecnología y la carrera armamentista. Esta tendencia de universalismo está determinada por la racionalidad de la civilización tecnogénica y expresa sus intereses y valores.

Conclusión

Habiendo aclarado el concepto de nanotecnología, describiendo sus perspectivas y centrándose en posibles peligros y amenazas, quiero concluir. Creo que la nanotecnología es una ciencia joven, cuyos resultados pueden cambiar más allá del reconocimiento. el mundo... Y lo que serán estos cambios - útiles, incomparablemente haciendo la vida más fácil, o dañinos, amenazando a la humanidad - depende del entendimiento mutuo y la racionalidad de las personas. Y el entendimiento mutuo y la racionalidad dependen directamente del nivel de humanidad, lo que implica la responsabilidad de una persona por sus acciones. Por tanto, la necesidad más importante en los últimos años antes del inevitable "boom" nanotecnológico es la educación en filantropía. Solo las personas inteligentes y humanas pueden convertir la nanotecnología en un trampolín hacia el conocimiento del Universo y su lugar en este Universo.

Bibliografía

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Chaplygin A. "nanotecnología en electrónica" / A. Chaplygin. - 2005 M .: Tecnosfera
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La nanotecnología es un área de ciencia y tecnología fundamental y aplicada que se ocupa de la totalidad antecedentes teóricos, métodos prácticos de investigación, análisis y síntesis, así como métodos de producción y uso de productos con una estructura atómica determinada mediante la manipulación controlada de átomos y moléculas individuales.

Historia

Muchas fuentes, principalmente en inglés, la primera mención de los métodos, que luego se llamarán nanotecnología, están asociadas con el famoso discurso de Richard Feynman "Hay mucho espacio en la parte inferior", hecho por él en 1959 en California. Instituto de Tecnologia en la reunión anual de la American Physical Society. Richard Feynman sugirió que es posible mover mecánicamente átomos individuales usando un manipulador del tamaño apropiado, al menos tal proceso no contradeciría las leyes físicas conocidas hasta la fecha.

La última etapa: el mecanismo resultante ensamblará su copia a partir de átomos individuales. En principio, el número de tales copias es ilimitado; será posible crear un número arbitrario de tales máquinas en poco tiempo. Estas máquinas podrán ensamblar cosas macro de la misma manera, mediante ensamblaje atómico. Esto hará que las cosas sean un orden de magnitud más baratas: dichos robots (nanorobots) necesitarán recibir solo la cantidad requerida de moléculas y energía, y escribir un programa para ensamblar los elementos necesarios. Hasta ahora, nadie ha podido refutar esta posibilidad, pero nadie ha logrado crear tales mecanismos. En el transcurso de un estudio teórico de esta posibilidad, aparecieron escenarios hipotéticos apocalípticos, que sugieren que los nanorobots absorberán toda la biomasa de la Tierra, llevando a cabo su programa de autorreproducción (el llamado "limo gris" o "limo gris" ).

Los primeros supuestos sobre la posibilidad de estudiar objetos a nivel atómico se pueden encontrar en el libro "Opticks" de Isaac Newton, publicado en 1704. En el libro, Newton expresa la esperanza de que algún día los microscopios del futuro puedan explorar los "misterios de los corpúsculos".

Por primera vez, Norio Taniguchi utilizó el término "nanotecnología" en 1974. Llamó a este término la producción de productos de varios nanómetros de tamaño. En la década de 1980, Eric K. Drexler utilizó el término en sus libros Engines of Creation: The Coming Era of Nanotechnology and Nanosystems: Molecular Machinery, Manufacturing, and Computation.

¿De qué es capaz la nanotecnología?

Estas son solo algunas de las áreas en las que la nanotecnología promete avances:

Medicamento

Los nanosensores proporcionarán avances en el diagnóstico temprano de enfermedades. Esto aumentará sus posibilidades de recuperación. Podemos vencer el cáncer y otras enfermedades. Los viejos medicamentos contra el cáncer mataron no solo a las células enfermas, sino también a las sanas. Con la ayuda de la nanotecnología, el fármaco se administrará directamente a la célula enferma.

ADN-nanotecnología- utilizar las bases específicas de las moléculas de ADN y de ácido nucleico para crear estructuras claramente definidas sobre su base. Síntesis industrial de moléculas de fármacos y preparaciones farmacológicas de forma bien definida (bis-péptidos).

A principios de 2000, gracias al rápido progreso en la tecnología de fabricación de partículas nanométricas, se dio un impulso al desarrollo de un nuevo campo de la nanotecnología: nanoplásmicos... Resultó posible transmitir radiación electromagnética a lo largo de una cadena de nanopartículas metálicas mediante la excitación de oscilaciones de plasmones.

Construcción

Los nanosensores de las estructuras de los edificios controlarán su resistencia y detectarán cualquier amenaza a su integridad. Los objetos construidos con nanotecnología podrán durar cinco veces más que las estructuras modernas. Las casas se adaptarán a las necesidades de los residentes, manteniéndolos frescos en verano y manteniéndolos calientes en invierno.

Energía

Seremos menos dependientes del petróleo y el gas. Los paneles solares modernos tienen una eficiencia de aproximadamente el 20%. Con el uso de nanotecnología, puede crecer 2-3 veces. Las nanopelículas delgadas en el techo y las paredes pueden proporcionar energía a toda la casa (si, por supuesto, hay suficiente sol).

Ingeniería Mecánica

Todo el equipo voluminoso será reemplazado por robots, dispositivos de fácil control. Podrán crear cualquier mecanismo a nivel de átomos y moléculas. Para la producción de máquinas, se utilizarán nuevos nanomateriales que pueden reducir la fricción, proteger las piezas de daños y ahorrar energía. Estas no son todas las áreas en las que se puede (¡y se aplicará!) La nanotecnología. Los científicos creen que la aparición de la nanotecnología es el comienzo de una nueva revolución científica y tecnológica, que cambiará enormemente el mundo ya en el siglo XXI. Sin embargo, vale la pena señalar que la nanotecnología no entra en la práctica real muy rápidamente. No muchos dispositivos (principalmente electrónicos) funcionan con nano. Esto se debe en parte al alto costo de la nanotecnología y al bajo rendimiento de los productos nanotecnológicos.

Probablemente, ya en un futuro cercano, con la ayuda de la nanotecnología, se crearán dispositivos de alta tecnología, móviles y fácilmente controlables, que reemplazarán con éxito la tecnología automatizada, pero compleja en control y engorrosa de hoy. Entonces, por ejemplo, con el tiempo, los biorobots controlados por una computadora podrán realizar las funciones de las voluminosas estaciones de bombeo de hoy.

Computadora de ADN- un sistema informático que utiliza las capacidades computacionales de las moléculas de ADN. Computación biomolecular es un nombre colectivo para varias técnicas que de alguna manera están relacionadas con el ADN o el ARN. En la computación del ADN, los datos no se presentan en forma de ceros y unos, sino en forma de una estructura molecular construida sobre la base de una hélice de ADN. Las enzimas especiales desempeñan el papel de software para leer, copiar y manipular datos.
Microscopio de fuerza atómica- un microscopio de sonda de barrido de alta resolución basado en la interacción de la punta en voladizo (sonda) con la superficie de la muestra en estudio. A diferencia de un microscopio de efecto túnel (STM), puede examinar superficies conductoras y no conductoras incluso a través de una capa de líquido, lo que permite trabajar con moléculas orgánicas (ADN). La resolución espacial de un microscopio de fuerza atómica depende del tamaño del voladizo y de la curvatura de su punta. La resolución alcanza la atómica horizontalmente y la supera significativamente en vertical.
Oscilador de antena- El 9 de febrero de 2005 se obtuvo en el laboratorio de la Universidad de Boston una antena-oscilador con dimensiones del orden de 1 micra. Este dispositivo tiene 5.000 millones de átomos y es capaz de oscilar a 1,49 gigahercios, lo que le permite transmitir grandes cantidades de información.

10 nanotecnologías con un potencial asombroso

Trate de recordar alguna invención canónica. Probablemente, alguien ahora imaginó una rueda, alguien un avión y alguien y un iPod. ¿Cuántos de ustedes han pensado en una invención de generación completamente nueva: la nanotecnología? Este mundo es poco conocido, pero tiene un potencial increíble para darnos cosas realmente fantásticas. Algo asombroso: la dirección de la nanotecnología no existió hasta 1975, a pesar de que los científicos comenzaron a trabajar en esta área mucho antes.

El ojo humano es capaz de reconocer objetos de hasta 0,1 milímetros de tamaño. Hoy hablaremos de diez inventos, que son 100.000 veces menos.

Metal líquido eléctricamente conductor

Usando electricidad, puede hacer una aleación simple de metal líquido, que consiste en galio, iridio y estaño, formar formas complejas o círculos de viento dentro de una placa de Petri. Podemos decir con cierto grado de probabilidad que este es el material a partir del cual se creó el famoso cyborg de la serie T-1000, que pudimos ver en Terminator 2.

“La aleación blanda se comporta como una forma inteligente, capaz de deformarse si es necesario, teniendo en cuenta el entorno cambiante en el que se mueve. Al igual que podría hacer un cyborg a partir de una película de ciencia ficción popular ”, dice Jin Li de la Universidad de Tsinghua, uno de los investigadores involucrados en el proyecto.

Este metal es biomimético, es decir, imita reacciones bioquímicas, aunque no es en sí mismo una sustancia biológica.

Este metal puede controlarse mediante descargas eléctricas. Sin embargo, él mismo es capaz de moverse de forma independiente, debido al desequilibrio de carga emergente, que se crea por la diferencia de presión entre la parte delantera y trasera de cada gota de esta aleación de metal. Y aunque los científicos creen que este proceso puede ser la clave para convertir la energía química en energía mecánica, el material molecular no se utilizará para construir cyborgs malignos en un futuro próximo. Todo el proceso "mágico" solo puede tener lugar en solución de hidróxido de sodio o solución salina.

Nanoplásticos

Investigadores de la Universidad de York están trabajando para crear parches especiales que estarán diseñados para administrar todos los medicamentos necesarios dentro del cuerpo sin necesidad de agujas ni jeringas. Se pegan a su mano parches de tamaño bastante normal que administran una cierta dosis de nanopartículas del medicamento (lo suficientemente pequeñas como para penetrar los folículos pilosos) en su cuerpo. Las nanopartículas (cada una de menos de 20 nanómetros de tamaño) encuentran por sí mismas células dañinas, las matan y serán excretadas del cuerpo junto con otras células como resultado de procesos naturales.

Los científicos señalan que en el futuro, estos nanoplásticos se pueden utilizar en la lucha contra una de las enfermedades más terribles de la Tierra: el cáncer. A diferencia de la quimioterapia, que en tales casos suele ser una parte integral del tratamiento, los nanoplásticos pueden encontrar y destruir individualmente las células cancerosas mientras dejan intactas las células sanas. El proyecto de nanoplaster se denominó "NanJect". Está siendo desarrollado por Atif Sayed y Zakaria Hussein, quienes en 2013, siendo aún estudiantes, recibieron el patrocinio necesario a través de una campaña de recaudación de fondos de crowdsourcing.

Nanofiltro para agua

Cuando esta película se usa en combinación con una fina malla de acero inoxidable, el aceite se repele y el agua en este lugar se vuelve prístina.

Curiosamente, la naturaleza misma inspiró a los científicos a crear nanofilms. También conocidas como nenúfares, las hojas de loto tienen propiedades opuestas a las nanofilms: en lugar de aceite, repelen el agua. Esta no es la primera vez que los científicos espían estas increíbles plantas al menos propiedades asombrosas... Esto resultó, por ejemplo, en la creación de materiales superhidrofóbicos en 2003. En cuanto a la nanofilm, los investigadores están tratando de crear un material que imite la superficie de los nenúfares y lo enriquezcan con moléculas de un agente limpiador especial. El revestimiento en sí es invisible para el ojo humano. La fabricación será barata a alrededor de $ 1 por pie cuadrado.

Purificador de aire submarino

Casi nadie pensó en qué tipo de aire tienen que respirar las tripulaciones de los submarinos, excepto los propios miembros de la tripulación. Mientras tanto, la purificación del aire a partir de dióxido de carbono debe realizarse de inmediato, ya que en un viaje a través de la tripulación ligera del submarino, el mismo aire tiene que pasar cientos de veces. Para limpiar el aire de dióxido de carbono utilice aminas, que tienen un olor muy desagradable. Para abordar este problema, se creó una tecnología de purificación llamada SAMMS (una abreviatura de monocapas autoensambladas en soportes mesoporosos). Propone el uso de nanopartículas especiales incrustadas en gránulos cerámicos. La sustancia tiene una estructura porosa debido a la cual absorbe el exceso de dióxido de carbono. Los diferentes tipos de limpieza SAMMS funcionan con diferentes moléculas en el aire, el agua y la tierra; sin embargo, todas estas opciones de limpieza son increíblemente efectivas. Solo una cucharada de estos gránulos de cerámica porosa es suficiente para limpiar un área del tamaño de un campo de fútbol.

Nanoconductores

Investigadores Northwestern University(EE. UU.) Descubrió cómo crear un conductor eléctrico a nanoescala. Este conductor es una nanopartícula sólida y resistente que se puede ajustar para transmitir corriente eléctrica en varias direcciones opuestas. La investigación muestra que cada una de estas nanopartículas es capaz de emular el funcionamiento de un "rectificador, interruptores y diodos". Cada partícula de 5 nanómetros está recubierta con una sustancia química cargada positivamente y rodeada de átomos cargados negativamente. La aplicación de una descarga eléctrica reconfigura los átomos cargados negativamente alrededor de las nanopartículas.

El potencial de la tecnología, dicen los científicos, no tiene precedentes. Sobre esta base, es posible crear materiales "capaces de cambiar de forma independiente para determinadas tareas informáticas". El uso de este nanomaterial "reprogramará" la electrónica del futuro. Las actualizaciones de hardware serán tan fáciles como las actualizaciones de software.

Cargador de nanotecnología

Una vez que se crea esta cosa, ya no es necesario utilizar ningún cargador con cable. La nueva nanotecnología funciona como una esponja, solo que no absorbe líquido. Chupa la energía cinética del entorno y la dirige directamente a su teléfono inteligente. La tecnología se basa en el uso de un material piezoeléctrico que genera electricidad bajo tensión mecánica. El material está dotado de poros nanoscópicos que lo transforman en una esponja flexible.

El nombre oficial de este dispositivo es "nanogenerador". Dichos nanogeneradores pueden algún día convertirse en parte de todos los teléfonos inteligentes del planeta, o en el tablero de cada automóvil, y posiblemente en parte de cada bolsillo de la ropa: los dispositivos se cargarán allí mismo. Además, la tecnología tiene el potencial de utilizarse a mayor escala, por ejemplo, en equipos industriales. Al menos eso es lo que piensan los investigadores de la Universidad de Wisconsin en Madison, que crearon esta asombrosa nanoesponja.

Retina artificial

La empresa israelí Nano Retina está desarrollando una interfaz que se conectará directamente a las neuronas del ojo y transmitirá el resultado del modelado neuronal al cerebro, reemplazando la retina y devolviendo la visión a las personas.

Un experimento con un pollo ciego mostró esperanza en el éxito del proyecto. La nanofilm permitió que el pollo viera la luz. Es cierto que la etapa final del desarrollo de una retina artificial para devolver la vista a las personas aún está lejos, pero el progreso en esta dirección es una buena noticia. Nano Retina no es la única empresa que se dedica a este tipo de desarrollos, pero es su tecnología la que actualmente se considera la más prometedora, eficiente y adaptable. El último punto es el más importante, ya que estamos hablando de un producto que se integrará en los ojos de alguien. Desarrollos similares han demostrado que los materiales sólidos no son adecuados para estas aplicaciones.

Dado que la tecnología se está desarrollando a nivel nanotecnológico, elimina el uso de metal y alambres, así como evita la baja resolución de la imagen simulada.

Ropa brillante

Los científicos de Shanghái han desarrollado hilos reflectantes que pueden utilizarse para confeccionar ropa. La base de cada filamento es un alambre de acero inoxidable muy delgado, que está recubierto con nanopartículas especiales, una capa de polímero electroluminiscente y una funda protectora hecha de nanotubos transparentes. El resultado son hilos muy ligeros y flexibles que pueden brillar bajo la influencia de su propia energía electroquímica. Al mismo tiempo, funcionan a una potencia mucho menor que los LED convencionales.

La desventaja de esta tecnología es que los hilos tienen suficiente "suministro de luz" durante solo unas pocas horas. Sin embargo, los desarrolladores del material son optimistas de que podrán aumentar el "recurso" de su producto al menos mil veces. Incluso si tienen éxito, la solución a otro inconveniente sigue siendo cuestionable. Lo más probable es que no sea posible lavar la ropa a base de tales nanohilos.

Nanoagujas para la restauración de órganos internos.

Los nanoplásticos de los que hablamos anteriormente están especialmente diseñados para reemplazar las agujas. ¿Y si las agujas mismas tuvieran solo unos pocos nanómetros de tamaño? Si es así, podrían cambiar la forma en que pensamos sobre la cirugía, o al menos mejorarla significativamente.

Más recientemente, los científicos han realizado pruebas de laboratorio con éxito en ratones. Con la ayuda de pequeñas agujas, los investigadores pudieron inyectar ácidos nucleicos en los organismos de los roedores que promueven la regeneración de órganos y células nerviosas y, por lo tanto, restablecen la eficiencia perdida. Cuando las agujas cumplen su función, permanecen en el cuerpo y se descomponen por completo en unos días. Al mismo tiempo, los científicos no encontraron ningún efecto secundario durante las operaciones para restaurar los vasos sanguíneos de los músculos de la espalda de los roedores utilizando estas nanoagujas especiales.

Si tenemos en cuenta los casos humanos, estas nanoagujas se pueden utilizar para entregar los fondos necesarios al cuerpo humano, por ejemplo, durante el trasplante de órganos. Las sustancias especiales prepararán los tejidos circundantes alrededor del órgano trasplantado para una recuperación rápida y excluirán la posibilidad de rechazo.

Impresión química 3D

El químico Martin Burke de la Universidad de Illinois es el verdadero Willie Wonka del mundo de la química. Usando la colección de moléculas " material de construcción"Para varios propósitos, puede crear una gran cantidad de productos químicos diferentes, dotados de todo tipo de" propiedades asombrosas pero naturales ". Por ejemplo, una de esas sustancias es la ratanina, que solo se puede encontrar en la muy rara flor peruana.

El potencial para sintetizar sustancias es tan enorme que permitirá producir moléculas utilizadas en medicina, en la creación de diodos LED, células solares y otros. elementos químicos que incluso los mejores químicos del planeta tardaron años en sintetizar.

Las capacidades del prototipo actual de una impresora química tridimensional aún son limitadas. Él es capaz de crear sólo nuevos medicamentos... Sin embargo, Burke espera que algún día pueda crear una versión para el consumidor de su asombroso dispositivo que será mucho más poderosa. Es posible que en el futuro, tales impresoras actúen como una especie de farmacéuticos domésticos.

¿Es la nanotecnología una amenaza para la salud humana o el medio ambiente?

No hay tanta información sobre los efectos negativos de las nanopartículas. En 2003, un estudio mostró que los nanotubos de carbono pueden dañar los pulmones en ratones y ratas. Un estudio de 2004 mostró que los fullerenos pueden acumularse y causar daño cerebral en los peces. Pero ambos estudios utilizaron grandes dosis de la sustancia en condiciones inusuales. Según una de las expertas, la química Kristen Kulinovski (EE.UU.), “sería recomendable limitar la exposición de estas nanopartículas, a pesar de que actualmente no hay información sobre su amenaza para la salud humana”.

Algunos comentaristas también han argumentado que el uso generalizado de la nanotecnología puede generar riesgos sociales y éticos. Entonces, por ejemplo, si el uso de la nanotecnología inicia una nueva revolución industrial, conducirá a la pérdida de puestos de trabajo. Además, la nanotecnología puede cambiar la percepción de una persona, ya que su uso ayudará a prolongar la vida y aumentará significativamente la estabilidad del organismo. “Nadie puede negar que la adopción generalizada de teléfonos móviles e Internet ha provocado cambios tremendos en la sociedad”, dice Kristen Kulinovski. "¿Quién se atrevería a decir que la nanotecnología no tendrá un mayor impacto en la sociedad en los próximos años?"

El lugar de Rusia entre los países que desarrollan y producen nanotecnología

Los líderes mundiales en términos de inversión total en nanotecnología son los países de la UE, Japón y Estados Unidos. Recientemente, Rusia, China, Brasil e India han aumentado significativamente las inversiones en esta industria. En Rusia, el volumen de financiación en el marco del programa "Desarrollo de la infraestructura de la nanoindustria en la Federación de Rusia para 2008 - 2010" ascenderá a 27,7 mil millones de rublos.

El último informe (2008) de la firma de investigación con sede en Londres Cientifica, llamado Informe de perspectivas de la nanotecnología, dice literalmente lo siguiente sobre la inversión rusa: "Aunque la UE sigue ocupando el primer lugar en términos de inversión, China y Rusia ya han superado a Estados Unidos . "

Hay áreas en nanotecnología donde los científicos rusos se convirtieron en los primeros en el mundo, habiendo obtenido resultados que sentaron las bases para el desarrollo de nuevas tendencias científicas.

Entre ellos, se puede destacar la producción de nanomateriales ultrafinos, el diseño de dispositivos de un electrón, así como el trabajo en el campo de la fuerza atómica y la microscopía de sonda de barrido. Solo en una exposición especial celebrada como parte del XII Foro Económico de San Petersburgo (2008), se presentaron 80 desarrollos específicos a la vez. Rusia ya produce una serie de nanoproductos que tienen demanda en el mercado: nanomembranas, nanopolvos, nanotubos. Sin embargo, según los expertos, en la comercialización de los desarrollos nanotecnológicos, Rusia va a la zaga de Estados Unidos y otros países desarrollados en diez años.

Nanotecnología en el arte

Varias obras de la artista estadounidense Natasha Vita-Mor tratan de la nanotecnología.

En el arte contemporáneo, ha surgido una nueva dirección "nanoarte" (nanoarte), una forma de arte asociada con la creación de esculturas (composiciones) de micro y nano tamaños (10 −6 y 10 −9 m, respectivamente) por un artista bajo la influencia de procesos químicos o físicos de procesamiento de materiales, fotografiando las nano-imágenes obtenidas utilizando un microscopio electrónico y procesando fotografías en blanco y negro en un editor gráfico.

En ancho obra famosa El escritor ruso N. Leskov "Levsha" (1881) tiene un fragmento curioso: se muestra el nombre: qué maestro ruso hizo esa herradura ". Los microscopios modernos de fuerza atómica y electrónica proporcionan un aumento de 5.000.000 veces, que se consideran las principales herramientas de la nanotecnología. Así, el héroe literario Lefty puede considerarse el primer "nanotecnólogo" de la historia.

Las ideas de Feynman sobre cómo crear y usar nanomanipuladores en su conferencia de 1959 "Hay mucho espacio ahí abajo". Escritor soviético"Mikroruki" de Boris Zhitkov, publicado en 1931. Algunas de las consecuencias negativas del desarrollo incontrolado de la nanotecnología se describen en los trabajos de M. Crichton ("El Roy"), S. Lem ("Inspección en el lugar" y "Paz en la Tierra"), S. Lukyanenko ("Nada para dividir").

El protagonista de la novela "Transman" de Yuri Nikitin es el director de una corporación de nanotecnología y la primera persona en experimentar los efectos de los nanorobots médicos.

En las series de ciencia ficción Stargate SG-1 y Stargate Atlantis, una de las razas más avanzadas tecnológicamente son las dos razas "replicadoras" que surgieron de experimentos fallidos que utilizan y describen diversas aplicaciones de la nanotecnología. En El día que la Tierra se detuvo, protagonizada por Keanu Reeves, una civilización alienígena pronuncia a la humanidad como una sentencia de muerte y casi destruye todo en el planeta con la ayuda de nanoescarabajos auto-replicantes que devoran todo a su paso.

Vivimos en el mundo moderno de la medicina, la ciencia y diversas tecnologías. Y probablemente todas las personas ya hayan escuchado qué es la nanotecnología y qué hace.
En un sentido general, la nanotecnología crea objetos. Pero de ninguna manera son ordinarios, como, por ejemplo, su mesa o cama. Digamos que el prefijo "nano" es una mil millonésima parte de algo. Es decir, 0,000000001 metros en un nanómetro. Esto significa que si representamos toda la Tierra en nanómetros, nos sorprenderá mucho saber que será del tamaño de una nuez.
Entonces, la nanotecnología se dedica a la creación de nanoobjetos, operando con átomos individuales y creando una cierta estructura a partir de ellos. En el futuro, una camiseta impermeable o un papel ignífugo será algo común para nosotros, gracias a la nanotecnología. Pero incluso ahora, por ejemplo, los transistores producidos, que, de hecho, son la base de todos los chips, se producen con una precisión de hasta 90 nanómetros. Más recientemente, representantes de Hewlett-Packet TM informaron que la nanotecnología pronto podrá reemplazar las tecnologías tradicionales modernas para crear transistores.
La nanotecnología se aplica en varios campos de la ciencia y va acompañada de avances en todas partes. Por ejemplo, en medicina, si realiza diagnósticos para otro Etapa temprana enfermedades, los nanosensores ayudarán a garantizar una rápida recuperación. Quizás, de esta manera, la humanidad podrá vencer tanto al cáncer como a otras enfermedades graves, porque la nanotecnología ayudará a que el medicamento ingrese a las células enfermas de inmediato y no se propague por todo el cuerpo.
La nanotecnología también se puede aplicar en el sector energético. Quizás en el futuro dejemos de depender del gas y del petróleo gracias a los paneles solares, porque su eficiencia puede aumentar de dos a tres veces precisamente con el uso de la nanotecnología.
Tampoco podemos dejar de mencionar la nanotecnología en un campo como la ingeniería mecánica. De hecho, en el futuro, con la ayuda de nanomateriales, podremos reducir la fricción al conducir un automóvil y, tal vez, podamos asegurarnos de que las piezas se conserven mucho más tiempo que en la actualidad.
El profesor N. Taniguchi fue el primero en utilizar el mismo término "nanotecnología" en su informe en la Conferencia Internacional de 1974 en Japón, Tokio.
Ahora, muy a menudo, podemos encontrarnos con noticias de que los científicos han inventado algo nuevo utilizando la nanotecnología, por ejemplo, la nano red más pequeña, un submarino monomolecular, el material más oscuro de la tierra o una nueva forma de carbono, en estructura, más fuerte que el diamante. Así, ya en 2004, Kodak produjo papel Ultima de nueve capas para impresoras, en el que la capa superior está formada por nanopartículas cerámicas, haciendo que el papel sea grueso, liso y con un brillo agradable.
Además, por ejemplo, una solución de nanopartículas de plata tiene un poderoso efecto antiséptico. Por lo tanto, si aplica un vendaje con una solución de plata de este tipo a la herida, sanará muchas veces más rápido que, por ejemplo, con agentes antisépticos convencionales.
Con un ritmo tan rápido de desarrollo de la nanotecnología, podremos explorar más intensamente el espacio, las profundidades submarinas y, en general, hacer la vida cotidiana más fácil y agradable. Y quizás pronto, como varias películas sobre el futuro, se implanten chips en nuestra piel, que nos ayudarán en algo; tal vez nuestra tecnología habitual sea reemplazada por nanotecnología; la gente dejará de morir de cáncer y enfermedades graves similares.
La nanotecnología es una ventana al futuro que los científicos están abriendo hoy. Estamos seguros de que en el futuro, lo que ahora se considera una fantasía, nos parecerá completamente común.

Ministerio de Educación y Ciencia de la Federación de Rusia

Institución educativa municipal

escuela de educación general - internado № 1 secundaria (completa)

educación general de Tomsk

ENSAYO

sobre este tema: Nanotecnología en el mundo moderno

Realizado: estudiante de grado 8A

Sakhnenko Maria

Supervisor: Pahorukova D.P.

Profesor de física

Tomsk 2010

INTRODUCCIÓN

Actualmente, poca gente sabe qué es la nanotecnología, aunque el futuro está detrás de esta ciencia. El principal objetivo de mi trabajo es familiarizarme con la nanotecnología. También quiero conocer la aplicación de esta ciencia en varias industrias y averiguar si la nanotecnología puede ser peligrosa para los humanos.

1. NANOTECNOLOGÍA EN EL MUNDO MODERNO

1.1 La historia del surgimiento de la nanotecnología

El abuelo de la nanotecnología puede considerarse el filósofo griego Demócrito. Fue el primero en utilizar la palabra "átomo" para describir la partícula más pequeña de materia. Durante más de veinte siglos, la gente ha intentado penetrar en el secreto de la estructura de esta partícula. La solución a este problema, insoportable para muchas generaciones de físicos, se hizo posible en la primera mitad del siglo XX tras la creación de un microscopio electrónico por los físicos alemanes Max Knoll y Ernst Ruska, que hizo posible por primera vez estudiar nanoobjetos. .

Muchas fuentes, principalmente de habla inglesa, asocian la primera mención de los métodos, que luego se llamarán nanotecnología, con el famoso discurso de Richard Feynman "Hay mucho espacio allí abajo" (inglés "Plenty of Roo at the Bottom") , realizado por él en 1959 en el Instituto de Tecnología de California en la Reunión Anual de la Sociedad Estadounidense de Física. Richard Feynman sugirió que es posible mover mecánicamente átomos individuales usando un manipulador del tamaño apropiado, al menos tal proceso no contradeciría las leyes físicas conocidas hasta la fecha.

Sugirió hacer este manipulador de la siguiente manera. Es necesario construir un mecanismo que cree su propia copia, solo un orden de magnitud menor. El mecanismo más pequeño creado debe crear nuevamente su propia copia, nuevamente un orden de magnitud más pequeño, y así sucesivamente hasta que las dimensiones del mecanismo sean proporcionales al tamaño del orden de un átomo. En este caso, será necesario realizar cambios en la estructura de este mecanismo, ya que las fuerzas de gravedad que actúan en el macromundo ejercerán cada vez menos influencia, y las fuerzas de interacciones intermoleculares afectarán cada vez más el funcionamiento del mecanismo. . La última etapa: el mecanismo resultante ensamblará su copia a partir de átomos individuales. En principio, el número de tales copias es ilimitado; será posible crear un número arbitrario de tales máquinas en poco tiempo. Estas máquinas podrán ensamblar cosas macro de la misma manera, mediante ensamblaje atómico. Esto hará que las cosas sean un orden de magnitud más baratas: dichos robots (nanorobots) necesitarán recibir solo la cantidad requerida de moléculas y energía, y escribir un programa para ensamblar los elementos necesarios. Hasta ahora, nadie ha podido refutar esta posibilidad, pero nadie ha logrado crear tales mecanismos. La desventaja fundamental de tal robot es la imposibilidad de crear un mecanismo a partir de un átomo.

Así es como R. Feynman describió a su presunto manipulador:

Pienso en creando un sistema controlado eléctricamente , que utiliza "robots de servicio" fabricados convencionalmente en forma de copias cuatro veces reducidas de las "manos" del operador. Dichos micro-mecanismos podrán realizar fácilmente operaciones a una escala reducida. Estoy hablando de pequeños robots equipados con servomotores y pequeñas "manos" que pueden apretar pernos y tuercas igualmente pequeños, perforar agujeros muy pequeños, etc. En resumen, pueden hacer todo el trabajo en una escala de 1: 4. Para hacer esto, por supuesto, primero debe hacer los mecanismos, herramientas y brazos manipuladores necesarios en una cuarta parte de su tamaño habitual (de hecho, está claro que esto significa una reducción en todas las superficies de contacto en un factor de 16). En la última etapa, estos dispositivos estarán equipados con servomotores (16 veces de potencia reducida) y conectados a un sistema de control eléctrico convencional. Después de eso, será posible usar los brazos manipuladores, ¡reducidos en 16 veces! El ámbito de aplicación de dichos microrobots, así como de las micromáquinas, puede ser bastante amplio, desde operaciones quirúrgicas hasta el transporte y procesamiento de materiales radiactivos. Espero que se comprendan el principio del programa propuesto, así como los problemas inesperados y las brillantes oportunidades asociadas a él. Además, se puede pensar en la posibilidad de una reducción adicional significativa en la escala, lo que, por supuesto, requerirá más cambios y modificaciones estructurales (por cierto, en una determinada etapa, puede ser necesario abandonar las "manos" de la forma habitual), pero permitirá fabricar nuevos dispositivos mucho más avanzados del tipo descrito. Nada te impide continuar con este proceso y crear tantas máquinas diminutas como quieras, ya que no existen restricciones asociadas a la ubicación de las máquinas ni a su consumo de material. Su volumen siempre será mucho menor que el volumen del prototipo. Es fácil calcular que el volumen total de 1 millón de máquinas herramienta reducido en un factor de 4000 (y, en consecuencia, la masa de materiales utilizados para la fabricación) será menos del 2% del volumen y la masa de una máquina convencional de dimensiones normales. Está claro que esto elimina inmediatamente el problema del costo de los materiales. En principio, sería posible organizar millones de fábricas en miniatura idénticas, en las que minúsculas máquinas perforarían continuamente, estamparían piezas, etc. A medida que disminuimos de tamaño, nos encontraremos constantemente con fenómenos físicos muy inusuales. Todo lo que tienes que encontrar en la vida depende de factores a gran escala. Además, también existe el problema de que los materiales "se peguen" bajo la acción de fuerzas intermoleculares (las llamadas fuerzas de van der Waals), que pueden conducir a efectos inusuales para escalas macroscópicas. Por ejemplo, la tuerca no se separará del perno después de aflojarla, y en algunos casos se adherirá firmemente a la superficie, etc. Hay varios problemas físicos de este tipo a tener en cuenta al diseñar y construir mecanismos microscópicos.

1.2. ¿Qué es la nanotecnología?

Habiendo aparecido bastante recientemente, la nanotecnología está entrando cada vez más en el campo. investigación científica y de él a nuestra vida diaria. Los desarrollos de los científicos se ocupan cada vez más de objetos del micromundo, átomos, moléculas, cadenas moleculares. Los nanoobjetos creados artificialmente sorprenden constantemente a los investigadores con sus propiedades y prometen las perspectivas más inesperadas para su aplicación.

La principal unidad de medida en la investigación en nanotecnología es el nanómetro, la mil millonésima parte de un metro. Estas unidades se utilizan para medir moléculas y virus, y ahora son los elementos de una nueva generación de chips de computadora. Es a nanoescala donde tienen lugar todos los procesos físicos básicos que determinan las macrointeracciones.

La naturaleza misma empuja a una persona a la idea de crear nanoobjetos. Cualquier bacteria, de hecho, es un organismo formado por nanomáquinas: el ADN y el ARN copian y transmiten información, los ribosomas forman proteínas a partir de aminoácidos, las mitocondrias producen energía. Evidentemente, en esta etapa del desarrollo de la ciencia, a los científicos se les ocurre copiar y mejorar estos fenómenos.

Imagínese: está bebiendo un vaso de agua lleno de robots microscópicos. Su tamaño es tan pequeño que no es posible verlos. Sin embargo, después de beberlos, comenzarán a trabajar en tu cuerpo, cicatrizando heridas y aplicando una especie de "parches" cuando sea necesario. Un nanómetro es una millonésima parte de un metro. Es a esta escala donde funciona la nanotecnología. Sus actividades no se limitan específicamente al campo médico, más bien, por el contrario, ingresan al campo de las altas tecnologías, sin embargo, el desarrollo de la nanotecnología es muy costoso, tanto financiera como intelectualmente.

Probablemente todos soñamos. Bueno, aparentemente con reminiscencias de sus sueños de la infancia, los investigadores de han desarrollado un cuero artificial real que puede cambiar su color como un camaleón. Según los científicos, tal invención se puede aplicar en el camuflaje y en el desarrollo de pantallas dinámicas a gran escala. Estas noticias aparecen periódicamente en la prensa. ¿Es realmente diferente esta vez?

A pesar de todo el revuelo, de todas sus propiedades y de las promesas de los científicos, es posible que le sorprenda el hecho de que este material todavía no se utiliza mucho. Al final resultó que, esto no es sorprendente. Un equipo internacional de científicos analizó muestras de grafeno producidas por 60 empresas de todo el mundo y llegó a la conclusión de que todas ellas se dedican realmente a la producción y venta de material no ultrafino a base de carbono, para cuya invención sus creadores Recibieron el Premio Nobel, pero basura ordinaria, que también venden a precios desorbitados.