Nanotehnologija koju koristimo u životu. „Nanotehnologija u suvremenom svijetu

Markin Kiril Petrovič

Područje znanosti i tehnologije pod nazivom nanotehnologija pojavilo se relativno nedavno. Izgledi za ovu znanost su ogromni. Sama čestica "nano" znači jednu milijardu bilo koje vrijednosti. Na primjer, nanometar je milijardni dio metra. Ove su veličine slične veličinama molekula i atoma. Precizna definicija nanotehnologije je sljedeća: nanotehnologija je tehnologija koja manipulira materijom na razini atoma i molekula (dakle, nanotehnologija se naziva i molekularna tehnologija). Poticaj razvoju nanotehnologije bilo je predavanje Richarda Feynmana u kojem znanstveno dokazuje da sa stajališta fizike nema prepreka stvaranju stvari izravno iz atoma. Kako bi se označilo sredstvo za učinkovitu manipulaciju atomima, uveden je koncept asemblera - molekularne nanomašine koja može izgraditi bilo koju molekularnu strukturu. Primjer prirodnog sastavljača je ribosom, koji sintetizira proteine u živim organizmima. Očito, nanotehnologija nije samo zaseban dio znanja, to je opsežno, sveobuhvatno područje istraživanja povezano s temeljnim znanostima. Možemo reći da će gotovo svaki predmet, od onih koji se izučavaju u školi, na ovaj ili onaj način biti povezan s tehnologijama budućnosti. Najočitija je veza "nano" s fizikom, kemijom i biologijom. Očigledno, upravo će te znanosti dobiti najveći poticaj za razvoj u vezi s približavanjem nanotehničke revolucije.

Preuzimanje datoteka:

Pregled:

Općinska proračunska obrazovna ustanova

“Srednja škola №2 nazvana po A.A. Arakantsev, Semikarakorsk "

Uvod ……………………………………………………………… ..
1. Nanotehnologija u moderni svijet………………………………...
1.1 Povijest nastanka nanotehnologije ………………………… ...
1.2 Nanotehnologija u različitim sferama ljudskog života...
1.2.1 Nanotehnologija u svemiru …………………………………………
1.2.2 Nanotehnologija u medicini ……………………………………….
1.2.3 Nanotehnologija u prehrambenoj industriji …………………………… ...
1.2.4 Nanotehnologija u vojnim poslovima …………………………………………… ..
Zaključak………………………………………………………………..
Bibliografija………………………………………………………………………. ...

Uvod.

Trenutno malo ljudi zna što je nanotehnologija, iako je budućnost iza ove znanosti.

Svrha rada:

Naučite što je nanotehnologija;

Saznajte primjenu ove znanosti u raznim područjima;

Saznajte može li nanotehnologija biti opasna za ljude.

Danas možemo iskoristiti prednosti i nove prilikenano tehnologije u:

medicina, uključujući zrakoplovstvo;
farmakologija;
gerijatrija;
zaštita zdravlja nacije suočena s rastućom ekološkom krizom i katastrofama koje je uzrokovao čovjek;
globalne računalne mreže i informacijske komunikacije temeljene na novim fizičkim principima;
komunikacijski sustavi na iznimno velikim udaljenostima;
automobilska, traktorska i zrakoplovna oprema;
sigurnost na cesti;
informacijski sigurnosni sustavi;
rješavanje ekoloških problema megalopolisa;
poljoprivreda;
rješavanje problema opskrbe pitkom vodom i pročišćavanja otpadnih voda;
temeljno novi navigacijski sustavi;
obnova prirodnih mineralnih i ugljikovodičnih sirovina.

Odlučili smo se fokusirati na primjenu nanotehnologije u medicini, prehrambenoj industriji, vojnim poslovima i svemiru, jer su ta područja kod nas izazvala zanimanje.

1. Nanotehnologija u suvremenom svijetu.

1.1 Povijest nastanka nanotehnologije.

Znanost „Nanotehnologija Ja sam" nastala uslijed revolucionarnih promjena u informatici!

Godine 1947. izumljen je tranzistor, nakon čega je započela era procvata poluvodičke tehnologije u kojoj se veličina stvorenih silikonskih uređaja stalno smanjivala.Pojam "nanotehnologija"1974. predložio Japanac Noryo Taniguchi da opiše proces konstruiranja novih objekata i materijala manipuliranjem pojedinačnim atomima. Ime dolazi od riječi "nanometar" - milijardu metra (10-9 m).

U modernim terminima, nanotehnologija je tehnologija za proizvodnju supermikroskopskih struktura od najsitnijih čestica materije, kombinirajući sve tehničke procese izravno povezane s atomima i molekulama.

Moderna nanotehnologija ima prilično dubok povijesni trag. Arheološki nalazi svjedoče o postojanju koloidnih formulacija u antičkom svijetu, na primjer, "kineske tinte" u starom Egiptu. Čuveni čelik iz Damaska napravljen je zahvaljujući prisutnosti nanocijevi u njemu.

Ocem ideje nanotehnologije uvjetno se može smatrati grčki filozof Demokrit oko 400. pr. ere prvi je upotrijebio riječ "atom", što u prijevodu s grčkog znači "nesalomiv", da opiše najmanju česticu materije.

Evo grubog razvojnog puta:

1905 godine. Švicarski fizičar Albert Einstein objavio je rad u kojem je tvrdio da je veličina molekule šećera oko 1 nanometar.
1931 godine. Njemački fizičari Max Knoll i Ernst Ruska stvorili su elektronski mikroskop koji je prvi put omogućio proučavanje nanoobjekata.
1934 godine. Američki teorijski fizičar, dobitnik Nobelove nagrade Eugene Wigner teoretski je potkrijepio mogućnost stvaranja ultradisperznog metala s dovoljno malim brojem vodljivih elektrona.
1951 godina. John von Neumann izdvojio je principe strojeva za samokopiranje, znanstvenici su općenito potvrdili njihovu mogućnost.
Godine 1953. Watson i Crick opisali su strukturu DNK, koja je pokazala kako živi objekti prenose upute koje vode njihovu konstrukciju.
1959 godina. Američki fizičar Richard Feynman prvi je objavio rad koji je procijenio izglede za minijaturizaciju. nobelovac R. Feynman napisao je frazu koja se danas doživljava kao proročanstvo: "Koliko ja vidim, principi fizike ne zabranjuju manipulaciju pojedinačnim atomima." Ova misao je bila izražena kada početak postindustrijske ere još nije bio ostvaren; tih godina nije bilo integriranih sklopova, mikroprocesora, osobnih računala.
1974 godina. Japanski fizičar Norio Taniguchi uveo je u znanstveni promet riječ "nanotehnologija", koju je predložio da imenuje mehanizme manje od jednog mikrona. Grčka riječ za "drift" znači otprilike "stari čovjek".
1981 godina. Glater je prvi skrenuo pozornost na mogućnost stvaranja materijala jedinstvenih svojstava, čiju strukturu predstavljaju kristaliti nanorazmjernog raspona.

27. ožujka 1981. CBS radio vijesti citirale su NASA-inog znanstvenika koji je rekao da će inženjeri moći izraditi robote koji se samorepliciraju u roku od dvadeset godina, za korištenje u svemiru ili na Zemlji. Ti bi strojevi pravili kopije samih sebe, a kopije bi se mogle uputiti da stvaraju korisne proizvode.
1982. G. Bining i G. Rohrer stvorili su prvi skenirajući tunelski mikroskop.
1985 godina. Američki fizičari Robert Curl, Harold Kroto i Richard Smaley stvorili su tehnologiju koja može precizno izmjeriti objekte promjera jednog nanometra.
1986 godina. Nanotehnologija je postala poznata široj javnosti. Američki znanstvenik Eric Drexler objavio je knjigu "Creation Machines: The Coming of the Era of Nanotechnology" u kojoj je predvidio da će se nanotehnologija uskoro početi aktivno razvijati.
1991., Houston (SAD), Odjel za kemiju, Sveučilište Rais. U svom laboratoriju dr. R. Smoly (1996. Nobelovac) uz pomoć laserski isparenog grafita u vakuumu, čija se plinska faza sastojala od prilično velikih krustera, od kojih je svaka sadržavala 60 atoma ugljika. Skupina od 60 atoma je stabilnija, jer ima povećanu količinu slobodne energije. Ovaj skup je strukturna formacija slična nogometnoj lopti i predložila je da se ova molekula nazove fuleren.
1991., prvi put otkrio Sumio Ijima, zaposlenik NEC laboratorija u Japanu ugljične nanocijevi, koje su prije nekoliko mjeseci ranije predvidjeli ruski fizičar L. Chernozatonsky i Amerikanac J. Mintmere.
1995 godina. U L.Ya. Karpov je razvio senzor na temelju filmskog nanokompozita koji detektira različite tvari u atmosferi (amonijak, alkohol, vodena para).
1997 godina. Richard E. Smoli, Nobelova nagrada za kemiju 1996. i profesor kemije i fizike, predvidio je sklapanje atoma do 2000. godine, a u isto vrijeme predvidio je i pojavu prvih komercijalnih nanoproizvoda. Ova se prognoza obistinila na predviđeni datum.
1998 godina. eksperimentalno je potvrđena ovisnost električnih svojstava nanocijevi o geometrijskim parametrima.
1998 godina. Nizozemski fizičar Sees Dekker stvorio je tranzistor baziran na nanotehnologiji.
1998 godina. Tempo razvoja nanotehnologije počeo je naglo rasti. Japan je identificirao nanotehnologiju kao vjerojatnu tehnološku kategoriju za 21. stoljeće.
1999 godina. Američki fizičari James Tour i Mark Reed utvrdili su da se jedna molekula može ponašati na isti način kao molekularni lanci.
godine 2000. Istraživačka skupina Hewlett-Packard-a stvorila je molekulu prekidača ili minimikrodiodu koristeći najnovije nanotehnološke metode samosastavljanja.

godine 2000. Početak ere hibridne nanoelektronike.
2002 godina. S. Decker je kombinirao nanocijev s DNK, čime je dobio jedan nanomehanizam.
2003 godina. Japanski znanstvenici prvi su u svijetu stvorili čvrsti uređaj koji implementira jedan od dva osnovna elementa potrebna za stvaranje kvantnog računala. 2004 godina. Predstavljeno je "prvo na svijetu" kvantno računalo

Vlada Ruske Federacije je 7. rujna 2006. odobrila koncept Saveznog ciljanog programa za razvoj nanotehnologija za 2007.-2010.

Tako Formiravši se povijesno, do današnjeg trenutka, nanotehnologija, osvojivši teorijsko područje javne svijesti, nastavlja prodirati u njezin svakodnevni sloj.

No, nanotehnologija se ne smije svesti samo na lokalni revolucionarni iskorak u tim područjima (elektronika, informacijska tehnologija). U nanotehnologiji je već postignut niz iznimno važnih rezultata koji omogućuju nadati se značajnom napretku u razvoju mnogih drugih područja znanosti i tehnologije (medicina i biologija, kemija, ekologija, energetika, mehanika i dr.). Na primjer, pri odlasku u nanometarsko područje (tj. na objekte s karakterističnim duljinama od oko 10 nm), mnoga od najvažnijih svojstava tvari i materijala značajno se mijenjaju. Govorimo o tako važnim karakteristikama kao što su električna vodljivost, optički indeks loma, magnetska svojstva, čvrstoća, otpornost na toplinu itd. Na temelju materijala s nove vrste solarnih ćelija, pretvarača energije, ekološki prihvatljivih proizvoda itd. već se stvaraju s novim svojstvima.Moguće je da će upravo proizvodnja jeftinih, energetski štedljivih i ekološki prihvatljivih materijala postati najvažnija posljedica uvođenja nanotehnologije.Već su stvoreni visokoosjetljivi biološki senzori (senzori) i drugi uređaji koji omogućuju da se govori o nastanku nove znanosti o nanobiotehnologiji i imaju velike izglede za praktičnu primjenu. Nanotehnologija nudi nove mogućnosti za mikroobradu materijala i stvaranje novih proizvodnih procesa i novih proizvoda na toj osnovi, koji bi trebali revolucionarno utjecati na ekonomski i društveni život budućih generacija.

1.2. Nanotehnologija u različitim sferama ljudskog života

Prodor nanotehnologije u sferu ljudske djelatnosti može se predstaviti kao stablo nanotehnologije. Primjena je u obliku stabla, čije grane predstavljaju glavna područja primjene, a grane iz velikih grana predstavljaju diferencijaciju unutar glavnih područja primjene u danom trenutku.

Danas (2000. - 2010.) postoji sljedeća slika:

biološke znanosti uključuju razvoj tehnologije označavanja gena, površina za implantate, antimikrobnih površina, ciljanih lijekova, tkivnog inženjeringa i onkološke terapije.
jednostavna vlakna podrazumijevaju razvoj papirne tehnologije, jeftine građevinske materijale, lagane ploče, autodijelove i teške materijale.
nanoclips uključuju proizvodnju novih tkanina, staklenih premaza, pametnih pijeska, papira, karbonskih vlakana.
zaštita od korozije pomoću nanoaditiva bakru, aluminiju, magneziju, čeliku.
katalizatori su namijenjeni za upotrebu u poljoprivredi, dezodoraciji i proizvodnji hrane.
Materijali koji se lako čiste koriste se u svakodnevnom životu, arhitekturi, mliječnoj i prehrambenoj industriji, transportnoj industriji i sanitaciji. Riječ je o proizvodnji samočistećih naočala, bolničke opreme i instrumenata, premaza protiv plijesni, keramike koja se lako čisti.
Biopremaz se koristi u sportskoj opremi i ležajevima.
Optika kao područje primjene nanotehnologije uključuje područja kao što su elektrokromija, proizvodnja optičkih leća. To su nova fotokromna optika, optika koja se lako čisti i optika s premazom.
Keramika u području primjene nanotehnologije omogućuje dobivanje elektroluminiscencije i fotoluminiscencije, tiskarskih pasta, pigmenata, nanoprašaka, mikročestica, membrana.
Računalna tehnologija i elektronika kao područje primjene nanotehnologije dat će razvoj elektronike, nanosenzora, kućnih (ugrađenih) mikroračunala, vizualizacije i pretvarača energije. Nadalje, to je razvoj globalnih mreža, bežičnih komunikacija, kvantnih i DNK računala.
Nanomedicina, kao područje primjene nanotehnologije, su nanomaterijali za protetiku, "pametne" proteze, nanokapsule, dijagnostičke nanosonde, implantati, DNK rekonstruktori i analizatori, "pametni" i precizni instrumenti, farmaceutski proizvodi usmjerenog djelovanja.
Prostor kao područje primjene nanotehnologije otvorit će izglede za mehanoelektrične pretvarače sunčeve energije, nanomaterijale za primjenu u svemiru.
Ekologija kao područje primjene nanotehnologije je obnova ozonskog omotača, kontrola vremena.

1.2.1 Nanotehnologija u svemiru

Revolucija bjesni u svemiru. Počeli su stvarati satelite i nanouređaje do 20 kilograma.

Stvoren je sustav mikrosatelita, manje je ranjiv na pokušaje njegovog uništenja. Jedna je stvar srušiti kolos težak nekoliko stotina kilograma, pa čak i tona, u orbiti, odmah poništivši sve svemirske komunikacije ili izviđanje, a druga stvar kada je cijeli roj mikrosatelita u orbiti. Onemogućavanje jednog od njih u ovom slučaju neće poremetiti rad sustava u cjelini. Sukladno tome, zahtjevi za operativnom pouzdanošću svakog satelita mogu se smanjiti.

Mladi znanstvenici smatraju da među ostalim ključnim problemima mikrominijaturizacije satelita treba pripisati stvaranje novih tehnologija u području optike, komunikacijskih sustava, metoda prijenosa, prijema i obrade velikih količina informacija. Riječ je o nanotehnologiji i nanomaterijalima koji mogu smanjiti za dva reda veličine težinu i dimenzije uređaja lansiranih u svemir. Na primjer, čvrstoća nanonikla je 6 puta veća od one običnog nikla, što omogućuje, kada se koristi u raketnim motorima, smanjenje mase mlaznice za 20-30%.Smanjenje mase svemirske tehnologije rješava mnoge probleme: produljuje razdoblje prisutnosti letjelice u svemiru, omogućuje joj da dalje leti i odnese više korisne opreme za provođenje istraživanja. Istovremeno se rješava i problem opskrbe energijom. Minijaturni uređaji uskoro će se koristiti za proučavanje mnogih fenomena, na primjer, utjecaj sunčeve svjetlosti na procese na Zemlji i u svemiru blizu Zemlje.

Danas svemir nije egzotičan, a njegovo istraživanje nije samo pitanje prestiža. Prije svega, ovo je pitanje nacionalna sigurnost i nacionalnu konkurentnost naše države. Upravo razvoj super-složenih nanosustava može postati nacionalna prednost zemlje. Poput nanotehnologije, nanomaterijali će nam dati priliku da ozbiljno razgovaramo o letovima s ljudskom posadom na razne planete u Sunčevom sustavu. Upravo korištenje nanomaterijala i nanomehanizama može učiniti letove s ljudskom posadom na Mars i istraživanje mjesečeve površine stvarnošću.Još jedan vrlo tražen smjer u razvoju mikrosatelita je stvaranje daljinskog istraživanja Zemlje (ERS). Počelo se formirati tržište za potrošače informacija s razlučivosti svemirskih slika od 1 m u radarskom i manje od 1 m u optičkom rasponu (takvi se podaci prvenstveno koriste u kartografiji).

1.2.2 Nanotehnologija u medicini

Znanstvenici kažu da bi nedavni napredak u nanotehnologiji mogao biti od velike pomoći u borbi protiv raka. Lijek protiv raka razvijen je izravno do cilja - do stanica zahvaćenih malignim tumorom. Novi sustav baziran na materijalu poznatom kao biosilikon. Nanosilikon ima poroznu strukturu (promjera deset atoma) u koju je prikladno ugraditi lijekove, proteine i radionuklide. Postigavši cilj, biosilikon se počinje raspadati, a lijekovi koji mu se isporučuju počinju raditi. Štoviše, prema riječima programera, novi sustav omogućuje reguliranje doze lijeka.

Širom zadnjih godina djelatnici Centra za biološku nanotehnologiju rade na izradi mikrosenzora koji će se koristiti za otkrivanje stanica raka u tijelu i borbu protiv ove strašne bolesti.

Nova tehnika za prepoznavanje stanica raka temelji se na implantaciji sićušnih sfernih spremnika napravljenih od sintetičkih polimera nazvanih dendrimeri (od grčkog dendron - drvo) u ljudsko tijelo. Ovi polimeri sintetizirani su u posljednjem desetljeću i imaju temeljno novu, neintegralnu strukturu koja nalikuje strukturi koralja ili drva. Takvi se polimeri nazivaju hiperrazgranati ili kaskadni. One od njih kod kojih je grananje pravilno nazivaju se dendrimeri. U promjeru, svaka takva sfera, ili nanosenzor, doseže samo 5 nanometara - 5 milijarditih dijelova metra, što omogućuje postavljanje milijardi takvih nanosenzora na malom prostoru.

Nakon što uđu u tijelo, ovi sićušni senzori prodiru u limfocite - bijela krvna zrnca koja pružaju obranu tijela od infekcije i drugih čimbenika koji uzrokuju bolesti. S imunološkim odgovorom limfoidnih stanica na određenu bolest ili okolišne uvjete - prehladu ili izloženost zračenju, na primjer, - struktura proteina stanice se mijenjaju. Svaki nanosenzor, obložen posebnim kemijskim reagensima, počet će svijetliti takvim promjenama.

Kako bi vidjeli taj sjaj, znanstvenici će stvoriti poseban uređaj koji skenira mrežnicu oka. Laser takvog uređaja trebao bi otkriti sjaj limfocita kada jedan po jedan prolaze kroz uske kapilare fundusa. Ako u limfocitima ima dovoljno obilježenih senzora, potrebno je skeniranje od 15 sekundi da se otkrije oštećenje stanica, kažu znanstvenici.

Ovdje se očekuje najveći utjecaj nanotehnologije, budući da ona utječe na samu osnovu postojanja društva – čovjeka. Nanotehnologija doseže takvu dimenzionalnu razinu fizičkog svijeta, na kojoj razlika između živog i neživog postaje nestabilna – to su molekularni strojevi. Čak se i virus djelomično može smatrati živim sustavom, budući da sadrži informacije o njegovoj konstrukciji. Ali ribosom, iako se sastoji od istih atoma kao i sva organska tvar, ne sadrži takve informacije i stoga je samo organski molekularni stroj. Nanotehnologija u svom naprednom obliku uključuje izgradnju nanorobota, molekularnih strojeva anorganskog atomskog sastava, ti će strojevi moći graditi kopije sebe, imajući informacije o takvoj strukturi. Stoga se granica između živog i neživog počinje brisati. Do danas je stvoren samo jedan primitivni hodajući DNK robot.

Nanomedicina je predstavljena sljedećim mogućnostima:

1. Laboratoriji na čipu, ciljana dostava lijekova u tijelo.

2. DNK – čips (stvaranje pojedinačnih lijekova).

3. Umjetni enzimi i antitijela.

4. Umjetni organi, umjetni funkcionalni polimeri (zamjene za organska tkiva). Ovaj smjer je usko povezan s idejom umjetnog života i, u budućnosti, dovodi do stvaranja robota s umjetnom sviješću i sposobnih za samoiscjeljivanje na molekularnoj razini... To je zbog širenja koncepta života izvan organskog

5. Nanoroboti-kirurzi (biomehanizmi koji provode promjene i potrebne medicinske radnje, prepoznavanje i uništavanje stanica raka). Ovo je najradikalnija primjena nanotehnologije u medicini bit će stvaranje molekularnih nanobota koji mogu uništiti infekcije i kancerogene tumore, popraviti oštećenu DNK, tkiva i organe, duplicirati cjelokupne sustave za održavanje života u tijelu i promijeniti svojstva tijela.

Razmatrajući pojedinačni atom kao ciglu ili "detalj", nanotehnologija traži praktične načine za dizajn materijala sa određenim karakteristikama iz ovih dijelova. Mnoge tvrtke već znaju kako sastaviti atome i molekule u neku vrstu strukture.

U budućnosti će se sve molekule sastavljati kao dječji konstrukcioni set. Za to se planira korištenje nanorobota (nanobota). Svaka kemijski stabilna struktura koja se može opisati, zapravo se može izgraditi. Budući da se nanobot može programirati za izgradnju bilo koje strukture, posebno za izgradnju drugog nanobota, bit će vrlo jeftini. Radeći u ogromnim timovima, nanoboti će moći stvoriti bilo koji objekt s niskom cijenom i visokom preciznošću. U medicini je problem korištenja nanotehnologije potreba za promjenom strukture stanice na molekularnoj razini, t.j. provesti "molekularnu kirurgiju" pomoću nanobota. Očekuje se stvaranje molekularnih robotskih doktora koji će moći "živjeti" unutar ljudskog tijela, eliminirajući sva oštećenja koja nastaju, ili sprječavajući nastanak takvih.Manipulirajući pojedinačnim atomima i molekulama, nanoboti mogu popraviti stanice. Predviđeni datum nastanka robotskih liječnika, prva polovica XXI stoljeća.

Unatoč trenutnom stanju stvari, nanotehnologija kao kardinalno rješenje problema starenja više je nego obećavajuća.

To je zbog činjenice da nanotehnologija ima veliki potencijal za komercijalnu primjenu u mnogim industrijama, te, sukladno tome, osim ozbiljnog državnog financiranja, istraživanja u tom smjeru provode mnoge velike korporacije.

Sasvim je moguće da nakon poboljšanja kako bi se osigurala "vječna mladost", nanoboti više neće biti potrebni ili će ih proizvoditi sama stanica.

Za postizanje ovih ciljeva čovječanstvo treba riješiti tri glavna pitanja:

1. Dizajnirajte i kreirajte molekularne robote koji mogu popraviti molekule.
2. Dizajnirajte i kreirajte nanoračunala koja će kontrolirati nanomstrojeve.
3. Kreirajte Potpuni opis od svih molekula u ljudskom tijelu, drugim riječima, stvoriti kartu ljudskog tijela na atomskoj razini.

Glavna poteškoća s nanotehnologijom je problem stvaranja prvog nanobota. Postoji nekoliko obećavajućih puteva.

Jedan od njih je poboljšanje skenirajućeg tunelskog mikroskopa ili mikroskopa atomske sile i postizanje točnosti položaja i sile hvatanja.
Drugi način stvaranja prvog nanobota je kemijska sinteza. Možda projektiranje i sintetiziranje genijalnih kemijskih komponenti koje su sposobne za samosastavljanje u otopini.
A drugi put vodi kroz biokemiju. Ribosomi (unutar stanice) su specijalizirani nanoboti i možemo ih koristiti za stvaranje svestranijih robota.

Ovi nanoboti će moći usporiti proces starenja, izliječiti pojedinačne stanice i u interakciji s pojedinačnim neuronima.

Rad na studiji započeo je relativno nedavno, ali tempo otkrića na ovom području je iznimno visok, mnogi smatraju da je to budućnost medicine.

1.2.3 Nanotehnologija u prehrambenoj industriji

Nanoed (nanofood) - pojam je nov, nejasan i neugledan. Hrana za nanljude? Vrlo male porcije? Hrana proizvedena u nanotvornicama? Naravno da ne. Ipak, ovo je zanimljiv smjer u prehrambenoj industriji. Ispada da je nanoeda čitav niz znanstvenih ideja koje su već na putu implementacije i primjene u industriji. Prvo, nanotehnologija može radnicima u prehrambenoj industriji pružiti jedinstvene mogućnosti za potpuno praćenje kvalitete i sigurnosti hrane u stvarnom vremenu izravno tijekom proizvodnog procesa. Riječ je o dijagnostičkim strojevima koji koriste različite nanosenzore ili tzv. kemijsko onečišćenje ili opasni biološki agensi. Metode proizvodnje, transporta i skladištenja hrane mogu dobiti svoj dio korisnih inovacija iz industrije nanotehnologije. Prema znanstvenicima, prvi serijski strojevi ove vrste pojavit će se u masovnoj proizvodnji hrane u sljedeće četiri godine. Ali na dnevnom redu su i radikalnije ideje. Jeste li spremni progutati nanočestice koje se ne vide? Ali što ako se nanočestice namjerno koriste za dostavu hranjivih tvari i lijekova u točno odabrane dijelove tijela? Što ako se te nanokapsule mogu ugraditi u hranu? Do sada nitko nije koristio nanoedu, ali preliminarni razvoj je već u tijeku. Stručnjaci kažu da se jestive nanočestice mogu napraviti od silicija, keramike ili polimera. I naravno - organske tvari. A ako je sve jasno u pogledu sigurnosti takozvanih "mekih" čestica, po strukturi i sastavu slične biološkim materijalima, onda su "tvrde" čestice sastavljene od anorganskih tvari velika bijela mrlja na sjecištu dvaju teritorija - nanotehnologije. i biologija. Znanstvenici još uvijek ne mogu reći kojim će rutama takve čestice putovati u tijelu i gdje će se zbog toga zaustaviti. Ovo ostaje za vidjeti. No neki stručnjaci već slikaju futurističke slike prednosti nanoede. Osim što isporučuje vrijedne hranjive tvari pravim stanicama. Ideja je sljedeća: svi kupuju isto piće, ali će tada potrošač sam moći manipulirati nanočesticama tako da će mu se pred očima mijenjati okus, boja, miris i koncentracija pića.

1.2.4 Nanotehnologija u vojnim poslovima

Vojna upotreba nanotehnologije otvara se kvalitativno nova razina vojno-tehnička dominacija u svijetu. Glavni pravci u stvaranju novog oružja temeljenog na nanotehnologiji mogu se smatrati:

1. Izrada novih snažnih minijaturnih eksplozivnih naprava.

2. Uništavanje makrouređaja s nanoskala.

3. Špijunaža i suzbijanje boli neurotehnologijom.

4. Biološko oružje i nanouređaji za genetsko vođenje.

5. Nano-oprema za vojnike.

6. Zaštita od kemijskog i biološkog oružja.

7. Nanouređaji u sustavima upravljanja vojnom opremom.

8. Nanopremazi za vojnu opremu.

Nanotehnologija će omogućiti proizvodnju snažnog eksploziva. Veličina eksploziva se može udeseterostručiti. Napad vođenih projektila s nanogovorima na postrojenja za regeneraciju nuklearnog goriva mogao bi zemlji oduzeti fizičku sposobnost proizvodnje plutonija za oružje. Uvođenje malih robotskih uređaja u elektroničku opremu može poremetiti rad električnih krugova i mehanike korištenjem. Neispravnost kontrolnih centara i zapovjednih mjesta ne može se spriječiti ako se nanouređaji ne izoliraju. Roboti za rastavljanje materijala na atomskoj razini postat će moćno oružje koje pretvara u prah oklop tenkova, betonske konstrukcije pilota, trupove nuklearnih reaktora i tijela vojnika. Ali to je još uvijek samo perspektiva za razvijeni oblik nanotehnologije. U međuvremenu se provode istraživanja u području neuronskih tehnologija čiji će razvoj dovesti do pojave vojnih nanouređaja koji obavljaju špijunažu, odnosno presretanje kontrole nad funkcijama ljudskog tijela, koristeći vezu s pomoć nanouređaja živčanom sustavu. NASA-ini laboratoriji već su izradili radne uzorke opreme za presretanje unutarnjeg govora. Fotonske komponente na nanostrukturama, sposobne primati i obraditi goleme količine informacija, postat će temelj za nadzor svemira, zemaljski nadzor i špijunske sustave. Uz pomoć nanouređaja ugrađenih u mozak moguće je dobiti "umjetni" (tehnički) vid s proširenim spektrom percepcije, u usporedbi s biološkim. Razvija se sustav za suzbijanje boli kod vojnika, ugrađen u tijelo i mozak, neuročipovi.

Sljedeća primjena nanotehnologije u vojnoj sferi su nanouređaji genetskog vođenja. Nanouređaj s genetskim vodstvom može se programirati za obavljanje određenih destruktivnih radnji, ovisno o genetskoj strukturi DNK stanice u kojoj se pojavljuje. Kao uvjet za aktiviranje uređaja navodi se jedinstveni dio genetskog koda određene osobe ili predložak za radnje na skupini ljudi. Razlikovanje obične epidemije od etničkog čišćenja bit će gotovo nemoguće bez sredstava za otkrivanje nanorobota. Nanouređaji će raditi samo protiv određene vrste ljudi i pod strogo definiranim uvjetima. Jednom u tijelu, nanouređaj se neće manifestirati ni na koji način, sve do naredbe za aktivaciju. Sljedeća primjena nanotehnologije je opremanje i opremanje vojnika. Predlaže se napraviti svojevrsni hibrid od osobe, uniforme i oružja, čiji će elementi biti toliko usko povezani da se potpuno opremljeni vojnik budućnosti može nazvati zasebnim organizmom.

Nanotehnologija je donijela iskorak u proizvodnji oklopa i pancira.

Vojna oprema trebala bi biti opremljena posebnom "elektromehaničkom bojom" koja će promijeniti boju i spriječiti koroziju. Nano-boja će moći "zategnuti" manja oštećenja na tijelu stroja i sastojat će se od velikog broja nano-mehanizama koji će omogućiti obavljanje svih gore navedenih funkcija. Koristeći sustav optičkih nizova, koji će biti pojedinačni nanomstrojevi u "boji", istraživači žele postići efekt nevidljivosti automobila ili aviona.

Nanotehnologija će promijeniti vojno područje. Nova kvalitativno transformirana i nekontrolirana utrka u naoružanju. Kontrola nad nanotehnologijom može se realno provesti samo u globalnoj civilizaciji. Nanotehnologija će omogućiti potpunu mehanizaciju terenskog ratovanja, isključujući prisutnost moderniziranih vojnika.

Dakle, glavni zaključak o rezultatu prodora nanotehnologije u sferu naoružanja je perspektiva formiranja globalnog društva sposobnog kontrolirati nanotehnologiju i utrku u naoružanju. Ovaj trend univerzalizma određen je racionalnošću tehnogene civilizacije i izražava njezine interese i vrijednosti.

Zaključak

Nakon što je pojasnio pojam nanotehnologije, ocrtao njezine izglede i usredotočio se na moguće opasnosti i prijetnje, želim zaključiti. Vjerujem da je nanotehnologija mlada znanost čiji se rezultati razvoja mogu promijeniti do neprepoznatljivosti svijet... A kakve će te promjene biti – korisne, neusporedivo olakšavajući život, ili štetne, prijeteći čovječanstvu – ovisi o međusobnom razumijevanju i racionalnosti ljudi. A međusobno razumijevanje i racionalnost izravno ovise o razini ljudskosti, što podrazumijeva odgovornost osobe za svoje postupke. Stoga je najvažnija nužnost posljednjih godina pred neizbježnim nanotehnološkim "procvatom" obrazovanje filantropije. Samo inteligentni i humani ljudi mogu pretvoriti nanotehnologiju u odskočnu dasku do znanja o Svemiru i njihovom mjestu u ovom Svemiru.

Bibliografija

Osnove objektno orijentiranog programiranja u Delphiju: Udžbenik. dodatak / V. V. Kuznjecov, I. V. Abdrashitova; Ed. T. B. Korneeva. - ur. 3., rev. i dodati. - Tomsk, 2008.-- 120 str.
Kimmel P. Kreiranje aplikacije u Delphiju./P. Kimel - M: Williams, 2003.-- 114s.
Kobayashi N. Uvod u nanotehnologiju / N. Kobayashi. - M.: Binom, 2005. - 134s
Chaplygin A. "nanotehnologija u elektronici" / A. Chaplygin. - 2005 M.: Tehnosfera
http: // www.delphi.com
Pregled:
Da biste koristili pregled prezentacija, stvorite si Google račun (račun) i prijavite se na njega:

Nanotehnologija je područje temeljne i primijenjene znanosti i tehnologije koje se bavi totalitetom teorijska pozadina, praktične metode istraživanja, analize i sinteze, kao i metode proizvodnje i uporabe proizvoda zadane atomske strukture kontroliranom manipulacijom pojedinačnih atoma i molekula.

Povijest

Mnogi izvori, prvenstveno na engleskom jeziku, prvi spomen metoda, koje će kasnije biti nazvane nanotehnologija, povezuju se s poznatim govorom Richarda Feynmana "There's Plenty of Room at the Bottom", koji je napravio 1959. godine u Kaliforniji. Institut tehnologije na godišnjem sastanku Američkog fizikalnog društva. Richard Feynman je sugerirao da je moguće mehanički pomicati pojedinačne atome koristeći manipulator odgovarajuće veličine, barem takav proces ne bi bio u suprotnosti s do sada poznatim zakonima fizike.

Posljednja faza - rezultirajući mehanizam će sastaviti svoju kopiju od pojedinačnih atoma. U principu, broj takvih kopija je neograničen, bit će moguće stvoriti proizvoljan broj takvih strojeva u kratkom vremenu. Ovi će strojevi moći sastavljati makro stvari na isti način, atomskim sastavljanjem. To će stvari pojeftiniti za red veličine – takvim će robotima (nanorobotima) trebati dati samo potreban broj molekula i energije, te napisati program za sastavljanje potrebnih predmeta. Tu mogućnost do sada nitko nije uspio opovrgnuti, ali još nitko nije uspio stvoriti takve mehanizme. Tijekom teoretskog proučavanja ove mogućnosti pojavili su se hipotetski scenariji sudnjeg dana koji sugeriraju da će nanoroboti apsorbirati svu biomasu Zemlje, izvršavajući svoj program samoreprodukcije (tzv. "siva sluz" ili "siva sluz" ).

Prve pretpostavke o mogućnosti proučavanja objekata na atomskoj razini nalaze se u knjizi "Optics" Isaaca Newtona, objavljenoj 1704. godine. U knjizi Newton izražava nadu da će mikroskopi budućnosti jednog dana moći istražiti "misterije korpuskula".

Norio Taniguchi je prvi put 1974. upotrijebio izraz "nanotehnologija". Taj je izraz nazvao proizvodnjom proizvoda veličine nekoliko nanometara. U 1980-ima, termin je koristio Eric K. Drexler u svojim knjigama Motori stvaranja: nadolazeća era nanotehnologije i nanosustava: molekularni strojevi, proizvodnja i računanje.

Za što je sposobna nanotehnologija?

Evo samo nekoliko područja u kojima nanotehnologija obećava napredak:

Lijek

Nanosenzori će omogućiti napredak u ranoj dijagnostici bolesti. To će povećati vaše šanse za oporavak. Možemo pobijediti rak i druge bolesti. Stari lijekovi protiv raka ubijali su ne samo bolesne stanice, već i zdrave. Uz pomoć nanotehnologije lijek će biti dostavljen izravno u bolesnu stanicu.

DNK-nanotehnologija- koristiti specifične baze DNA i molekule nukleinske kiseline kako bi na njihovoj osnovi stvorili jasno definirane strukture. Industrijska sinteza molekula lijekova i farmakoloških pripravaka dobro definiranog oblika (bis-peptidi).

Početkom 2000. godine, zahvaljujući brzom napretku u tehnologiji proizvodnje nanoveličinih čestica, dat je poticaj razvoju novog područja nanotehnologije - nanoplazmonika... Pokazalo se da je moguće prenijeti elektromagnetsko zračenje duž lanca metalnih nanočestica uz pomoć pobuđivanja plazmonskih oscilacija.

Izgradnja

Nanosenzori građevinskih konstrukcija će pratiti njihovu snagu i otkriti sve prijetnje njihovom integritetu. Objekti izgrađeni pomoću nanotehnologije moći će trajati pet puta dulje od modernih struktura. Kuće će se prilagoditi potrebama stanara, ljeti će ih hladiti, a zimi grijati.

Energija

Bit ćemo manje ovisni o nafti i plinu. Moderni solarni paneli imaju učinkovitost od oko 20%. Uz korištenje nanotehnologije, može narasti 2-3 puta. Tanki nanofilmovi na krovu i zidovima mogu osigurati energiju cijeloj kući (ako, naravno, ima dovoljno sunca).

Strojarstvo

Svu glomaznu opremu zamijenit će roboti - uređaji koji se lako upravljaju. Moći će stvoriti bilo kakve mehanizme na razini atoma i molekula. Za proizvodnju strojeva koristit će se novi nanomaterijali koji mogu smanjiti trenje, zaštititi dijelove od oštećenja i uštedjeti energiju. To nisu sva područja u kojima se nanotehnologija može (i hoće!) primijeniti. Znanstvenici smatraju da je pojava nanotehnologije početak nove znanstvene i tehnološke revolucije, koja će uvelike promijeniti svijet već u 21. stoljeću. Vrijedi, međutim, napomenuti da nanotehnologija ne ulazi vrlo brzo u stvarnu praksu. Malo uređaja (uglavnom elektronika) ne radi s nano. To je dijelom zbog visoke cijene nanotehnologije i niskog povrata nanotehnoloških proizvoda.

Vjerojatno će se već u bliskoj budućnosti uz pomoć nanotehnologije stvoriti visokotehnološki, mobilni, lako upravljivi uređaji, koji će uspješno zamijeniti današnju automatiziranu, ali u upravljanju složenu i glomaznu tehnologiju. Tako će, primjerice, s vremenom bioroboti kojima se upravlja računalom moći obavljati funkcije današnjih glomaznih crpnih stanica.

DNK računalo- računalni sustav koji koristi računske sposobnosti molekula DNA. Biomolekularno računanje je skupni naziv za razne tehnike koje su na neki način povezane s DNA ili RNA. U računanju DNK podaci se ne prikazuju u obliku nula i jedinica, već u obliku molekularne strukture izgrađene na temelju spirale DNK. Posebni enzimi igraju ulogu softvera za čitanje, kopiranje i manipulaciju podacima.
Mikroskop atomske sile- mikroskop za skeniranje visoke razlučivosti koji se temelji na interakciji vrha konzole (sonde) s površinom uzorka koji se proučava. Za razliku od skenirajućeg tunelskog mikroskopa (STM), on može ispitati i vodljive i nevodljive površine čak i kroz sloj tekućine, što omogućuje rad s organskim molekulama (DNA). Prostorna razlučivost mikroskopa atomske sile ovisi o veličini konzole i zakrivljenosti njezina vrha. Razlučivost doseže atomsku horizontalno i značajno je premašuje okomito.
Antena-oscilator- 9. veljače 2005. u laboratoriju Bostonskog sveučilišta dobivena je antena-oscilator dimenzija reda 1 mikrona. Ovaj uređaj ima 5000 milijuna atoma i sposoban je oscilirati na 1,49 gigaherca, što mu omogućuje prijenos golemih količina informacija.

10 nanotehnologija s nevjerojatnim potencijalom

Pokušajte se sjetiti nekog kanonskog izuma. Vjerojatno je netko sada zamišljao kotač, netko avion, a netko i iPod. Koliko vas je razmišljalo o izumu potpuno nove generacije – nanotehnologiji? Ovaj svijet je slabo shvaćen, ali ima nevjerojatan potencijal da nam pruži stvarno fantastične stvari. Nevjerojatna stvar: smjer nanotehnologije nije postojao sve do 1975. godine, iako su znanstvenici na ovom području počeli raditi mnogo ranije.

Ljudsko golo oko može prepoznati predmete veličine do 0,1 milimetar. Danas ćemo govoriti o deset izuma, što je 100.000 puta manje.

Električno vodljivi tekući metal

Koristeći električnu energiju, možete napraviti jednostavnu slitinu tekućeg metala, koja se sastoji od galija, iridija i kositra, oblikovati složene oblike ili vjetriti krugove unutar Petrijeve zdjelice. S određenim stupnjem vjerojatnosti možemo reći da je to materijal od kojeg je nastao poznati kiborg serije T-1000, kojeg smo mogli vidjeti u Terminatoru 2.

“Meka legura ponaša se kao pametan oblik, sposoban se deformirati ako je potrebno, uzimajući u obzir promjenjivo okruženje u kojem se kreće. Baš kao što bih mogao napraviti kiborga iz popularnog znanstveno-fantastičnog filma”, kaže Jin Li sa Sveučilišta Tsinghua, jedan od istraživača uključenih u projekt.

Ovaj metal je biomimetički, odnosno oponaša biokemijske reakcije, iako sam po sebi nije biološka tvar.

Ovaj metal se može kontrolirati električnim pražnjenjima. Međutim, i sam se može kretati samostalno, zbog nastajanja neravnoteže opterećenja, koju stvara razlika u tlaku između prednje i stražnje strane svake kapi ove metalne legure. I premda znanstvenici vjeruju da bi ovaj proces mogao biti ključ za pretvaranje kemijske energije u mehaničku energiju, molekularni materijal neće se koristiti za izgradnju zlih kiborga u bliskoj budućnosti. Cijeli "magični" proces može se odvijati samo u otopini natrijevog hidroksida ili fiziološke otopine.

Nanoplastika

Istraživači sa Sveučilišta York rade na stvaranju posebnih flastera koji će biti dizajnirani da isporuče sve potrebne lijekove unutar tijela bez potrebe za iglama i štrcaljkama. Zakrpe sasvim normalne veličine lijepe se na vašu ruku, donoseći određenu dozu nanočestica lijeka (dovoljno male da prodru u folikule dlake) u vaše tijelo. Nanočestice (svaka manja od 20 nanometara) same pronalaze štetne stanice, ubijaju ih i bit će izlučene iz tijela zajedno s drugim stanicama kao rezultat prirodnih procesa.

Znanstvenici napominju da se takva nanoplastika u budućnosti može koristiti u borbi protiv jedne od najstrašnijih bolesti na Zemlji - raka. Za razliku od kemoterapije, koja je u takvim slučajevima najčešće sastavni dio liječenja, nanoplastika može pojedinačno pronaći i uništiti stanice raka, a zdrave stanice ostaju netaknute. Projekt nanožbuke nazvan je "NanJect". Razvijaju ga Atif Sayed i Zakaria Hussein, koji su 2013. godine, dok su još bili studenti, dobili potrebno sponzorstvo kroz crowdsourcing kampanju prikupljanja sredstava.

Nanofilter za vodu

Kada se ovaj film koristi u kombinaciji s finom mrežicom od nehrđajućeg čelika, ulje se odbija i voda na ovom mjestu postaje netaknuta.

Zanimljivo je da je sama priroda inspirirala znanstvenike na stvaranje nanofilmova. Poznato i kao lopoč, listovi lotosa imaju suprotna svojstva od nanofilma: umjesto ulja odbijaju vodu. Ovo barem nije prvi put da su znanstvenici špijunirali ove nevjerojatne biljke nevjerojatna svojstva... To je rezultiralo, primjerice, stvaranjem superhidrofobnih materijala 2003. godine. Što se tiče nanofilma, istraživači pokušavaju stvoriti materijal koji oponaša površinu lopoča i obogatiti ga molekulama posebnog sredstva za čišćenje. Sam premaz je nevidljiv ljudskom oku. Proizvodnja će biti jeftina na oko 1 dolar po četvornom metru.

Podmorski pročišćivač zraka

Malo je tko razmišljao o tome kakvu zračnu podmornicu posade moraju disati, osim samih članova posade. U međuvremenu, pročišćavanje zraka od ugljičnog dioksida mora se provesti odmah, jer u jednom putovanju kroz laku posadu podmornice isti zrak mora proći stotine puta. Za čišćenje zraka od ugljični dioksid koristite amine, koji imaju vrlo neugodan miris. Kako bi se riješio ovaj problem, stvorena je tehnologija pročišćavanja nazvana SAMMS (kratica za samo-sastavljene monoslojeve na mezoporoznim nosačima). Predlaže korištenje posebnih nanočestica ugrađenih u keramičke granule. Tvar ima poroznu strukturu zbog koje apsorbira višak ugljičnog dioksida. Različite vrste SAMMS čišćenja rade s različitim molekulama u zraku, vodi i zemlji, međutim, sve ove opcije čišćenja su nevjerojatno učinkovite. Samo jedna žlica ovih poroznih keramičkih granula dovoljna je za čišćenje površine veličine nogometnog igrališta.

Nanovodiči

Istraživači Sveučilište Northwestern(SAD) shvatio je kako stvoriti električni vodič na nanoskali. Ovaj vodič je čvrsta i čvrsta nanočestica koja se može podesiti za prijenos električna struja u raznim suprotnim smjerovima. Istraživanja pokazuju da je svaka takva nanočestica sposobna oponašati rad "ispravljača, prekidača i dioda". Svaka čestica od 5 nanometara obložena je pozitivno nabijenom kemikalijom i okružena negativno nabijenim atomima. Primjena električnog pražnjenja rekonfigurira negativno nabijene atome oko nanočestica.

Potencijal tehnologije, kažu znanstvenici, je bez presedana. Na temelju njega moguće je stvoriti materijale "sposobne samostalno mijenjati za određene računalne računalne zadatke". Korištenje ovog nanomaterijala zapravo će "reprogramirati" elektroniku budućnosti. Nadogradnja hardvera bit će jednostavna kao i nadogradnja softvera.

Nanotehnološki punjač

Nakon što je ova stvar stvorena, više ne morate koristiti nikakve žičane punjače. Nova nanotehnologija radi kao spužva, samo što ne upija tekućinu. Usisava kinetičku energiju iz okoline i usmjerava je izravno u vaš pametni telefon. Tehnologija se temelji na korištenju piezoelektričnog materijala koji stvara električnu energiju dok je pod mehaničkim stresom. Materijal je obdaren nanoskopskim porama koje ga pretvaraju u fleksibilnu spužvu.

Službeni naziv ovog uređaja je "nanogenerator". Takvi nanogeneratori možda će jednog dana postati dio svakog pametnog telefona na planeti, ili dio nadzorne ploče svakog automobila, a možda i dio svakog džepa odjeće - gadgeti će se puniti upravo tamo. Osim toga, tehnologija ima potencijal da se koristi u većem opsegu, na primjer, u industrijskoj opremi. Barem tako misle istraživači sa Sveučilišta Wisconsin u Madisonu, koji su stvorili ovu nevjerojatnu nano-spužvu.

Umjetna mrežnica

Izraelska tvrtka Nano Retina razvija sučelje koje će se izravno povezati s neuronima oka i prenijeti rezultat neuronskog modeliranja u mozak, zamjenjujući mrežnicu i vraćajući vid ljudima.

Eksperiment na slijepoj kokoši pokazao je nadu u uspjeh projekta. Nanofilm je omogućio piletini da vidi svjetlo. Istina, završna faza razvoja umjetne mrežnice za vraćanje vida ljudima je još daleko, ali napredak u tom smjeru je dobra vijest. Nano Retina nije jedina tvrtka koja se bavi takvim razvojem, ali se upravo njihova tehnologija trenutno smatra najperspektivnijom, najučinkovitijom i prilagodljivijom. Posljednja točka je najvažnija, budući da je riječ o proizvodu koji će se integrirati u nečije oči. Sličan razvoj događaja pokazao je da čvrsti materijali nisu prikladni za ove primjene.

Budući da se tehnologija razvija na nanotehnološkoj razini, eliminira korištenje metala i žica, te izbjegava nisku razlučivost simulirane slike.

Sjajna odjeća

Znanstvenici u Šangaju razvili su reflektirajuće niti koje se mogu koristiti za izradu odjeće. Osnova svakog filamenta je vrlo tanka žica od nehrđajućeg čelika, koja je presvučena posebnim nanočesticama, elektroluminiscentnim polimernim slojem, te zaštitnim omotačem od prozirnih nanocijevi. Rezultat su vrlo lagane i fleksibilne niti koje mogu svijetliti pod utjecajem vlastite elektrokemijske energije. U isto vrijeme, rade na puno manjoj snazi od konvencionalnih LED dioda.

Nedostatak ove tehnologije je što niti imaju dovoljno "svjetlosti" za samo nekoliko sati. Međutim, programeri materijala optimistični su da će moći povećati "resurs" svog proizvoda barem tisuću puta. Čak i ako uspiju, rješenje za još jedan nedostatak i dalje je upitno. Najvjerojatnije neće biti moguće oprati odjeću na temelju takvih nano niti.

Nano-igle za obnovu unutarnjih organa

Nanoplastika o kojoj smo gore govorili posebno je dizajnirana za zamjenu igala. Što ako su same igle bile velike samo nekoliko nanometara? Ako je tako, mogli bi promijeniti način na koji razmišljamo o operaciji ili ga barem značajno poboljšati.

Nedavno su znanstvenici proveli uspješna laboratorijska ispitivanja na miševima. Uz pomoć sićušnih iglica, znanstvenici su uspjeli ubrizgati nukleinske kiseline u organizme glodavaca koje potiču regeneraciju organa i živčanih stanica i na taj način vraćaju izgubljenu učinkovitost. Kada iglice obavljaju svoju funkciju, ostaju u tijelu i potpuno se razgrađuju za nekoliko dana. Istodobno, znanstvenici nisu pronašli nikakve nuspojave tijekom operacija obnavljanja krvnih žila mišića leđa glodavaca pomoću ovih posebnih nano-iglica.

Ako uzmemo u obzir ljudske slučajeve, onda se takve nano-igle mogu koristiti za isporuku potrebnih sredstava ljudskom tijelu, na primjer, tijekom transplantacije organa. Posebne tvari pripremit će okolna tkiva oko presađenog organa za brzi oporavak i isključiti mogućnost odbacivanja.

3D kemijski ispis

Kemičar sa Sveučilišta Illinois Martin Burke pravi je Willie Wonka iz svijeta kemije. Korištenje zbirke molekula " gradevinski materijal"Za razne namjene, može stvoriti ogroman broj različitih kemikalija, obdarenih svim vrstama" nevjerojatnih, a opet prirodnih svojstava." Na primjer, jedna takva tvar je ratanin, koji se može naći samo u vrlo rijetkom peruanskom cvijetu.

Potencijal za sintezu tvari je toliko ogroman da će omogućiti proizvodnju molekula koje se koriste u medicini, u stvaranju LED dioda, solarnih ćelija i onih kemijski elementi da su čak i najboljim kemičarima na planetu bile potrebne godine da ih sintetiziraju.

Mogućnosti trenutnog prototipa trodimenzionalnog kemijskog pisača još uvijek su ograničene. On je u stanju stvarati samo novo lijekovi... Međutim, Burke se nada da će jednog dana uspjeti stvoriti potrošačku verziju svog nevjerojatnog uređaja koji će biti puno moćniji. Moguće je da će u budućnosti takvi tiskari djelovati kao svojevrsni kućni ljekarnici.

Je li nanotehnologija prijetnja ljudskom zdravlju ili okolišu?

Nema toliko informacija o negativnim učincima nanočestica. Studija je 2003. godine pokazala da ugljikove nanocijevi mogu oštetiti pluća kod miševa i štakora. Studija iz 2004. pokazala je da se fulereni mogu nakupljati i uzrokovati oštećenje mozga kod riba. Ali obje su studije koristile velike doze tvari u neobičnim uvjetima. Prema riječima jednog od stručnjaka, kemičarke Kristen Kulinovski (SAD), "bilo bi preporučljivo ograničiti izloženost tim nanočesticama, unatoč činjenici da trenutno nema informacija o njihovoj opasnosti za ljudsko zdravlje."

Neki komentatori također su tvrdili da široka upotreba nanotehnologije može dovesti do društvenih i etičkih rizika. Tako, na primjer, ako korištenje nanotehnologije pokrene novu industrijsku revoluciju, to će dovesti do gubitka radnih mjesta. Štoviše, nanotehnologija može promijeniti percepciju osobe, jer će njihova upotreba pomoći produžiti život i značajno povećati stabilnost tijela. “Nitko ne može poreći da je široko rasprostranjeno prihvaćanje mobilnih telefona i interneta donijelo goleme promjene u društvu”, kaže Kristen Kulinovski. "Tko bi se usudio reći da nanotehnologija neće imati veći utjecaj na društvo u narednim godinama?"

Mjesto Rusije među zemljama koje razvijaju i proizvode nanotehnologiju

Svjetski lideri po ukupnim ulaganjima u nanotehnologiju su zemlje EU, Japan i Sjedinjene Američke Države. U posljednje vrijeme Rusija, Kina, Brazil i Indija značajno su povećale ulaganja u ovu industriju. U Rusiji će obujam financiranja u okviru programa "Razvoj infrastrukture nanoindustrije u Ruskoj Federaciji za 2008. - 2010." iznositi 27,7 milijardi rubalja.

Najnovije (2008.) izvješće londonske istraživačke tvrtke Cientifica, pod nazivom Nanotechnology Outlook Report, doslovno glasi sljedeće o ruskim ulaganjima: „Iako je EU još uvijek na prvom mjestu po ulaganjima, Kina i Rusija već su pretekle Sjedinjene Države ."

Postoje područja u nanotehnologiji u kojima su ruski znanstvenici postali prvi u svijetu, nakon što su dobili rezultate koji su postavili temelje za razvoj novih znanstvenih trendova.

Među njima se izdvaja proizvodnja ultradisperznih nanomaterijala, dizajn jednoelektronskih uređaja, kao i rad na području atomske sile i skenirajuće sondne mikroskopije. Samo na posebnoj izložbi održanoj u sklopu XII Sankt Peterburgskog gospodarskog foruma (2008.) odjednom je predstavljeno 80 specifičnih događaja. Rusija već proizvodi niz nanoproizvoda koji su traženi na tržištu: nanomembrane, nanoprašci, nanocijevi. Međutim, prema mišljenju stručnjaka, Rusija u komercijalizaciji nanotehnološkog razvoja zaostaje deset godina za Sjedinjenim Državama i drugim razvijenim zemljama.

Nanotehnologija u umjetnosti

Brojni radovi američke umjetnice Natashe Vita-Mor bave se nanotehnologijom.

U suvremenoj umjetnosti pojavio se novi trend "nanoart" (nano art) - oblik umjetnosti povezan sa stvaranjem skulptura (kompozicija) mikro- i nano-veličina (10-6 i 10-9 m, redom) umjetnik pod utjecajem kemijskih ili fizikalnih procesa obrade materijala, fotografiranje dobivenih nano-slika pomoću elektronskog mikroskopa i obrada crno-bijelih fotografija u grafičkom uređivaču.

U širokom poznato djelo Ruski pisac N. Leskov "Levsha" (1881) ima zanimljiv ulomak: prikazano je ime: koji je ruski majstor napravio tu potkovu." Povećanje od 5.000.000 puta osiguravaju moderni elektronski i atomski mikroskopi, koji se smatraju glavnim alatima nanotehnologije. Tako se književni junak Lefty može smatrati prvim "nanotehnologom" u povijesti.

Feynmanove ideje o tome kako stvoriti i koristiti nanomanipulatore u njegovom predavanju iz 1959. "Tamo dolje ima puno prostora" sovjetski pisac"Mikroruki" Borisa Žitkova, objavljen 1931. godine. Neke od negativnih posljedica nekontroliranog razvoja nanotehnologije opisane su u djelima M. Crichtona ("The Roy"), S. Lema ("Inspekcija na mjestu" i "Mir on Earth"), S. Lukyanenko ("Ništa"). podijeliti").

Protagonist romana "Transman" Jurija Nikitina šef je nanotehnološke korporacije i prva osoba koja je iskusila učinke medicinskih nanorobota.

U znanstveno-fantastičnim serijama Stargate SG-1 i Stargate Atlantis, jedna od tehnološki najnaprednijih rasa su dvije "replikatorske" rase koje su proizašle iz neuspješnih eksperimenata korištenjem i opisom različitih primjena nanotehnologije. U Danu kada je Zemlja stala, s Keanuom Reevesom u glavnoj ulozi, vanzemaljska civilizacija izriče čovječanstvo smrtnom presudom i gotovo uništava sve na planetu uz pomoć samoreplicirajućih nanoreplikanata-bumbaša koji proždiru sve na svom putu.

Živimo u suvremenom svijetu medicine, znanosti i raznih tehnologija. I vjerojatno je svaka osoba već čula što je nanotehnologija i čime se bavi.
U općem smislu, nanotehnologija stvara objekte. Ali oni nikako nisu obični, kao, na primjer, vaš stol ili krevet. Recimo samo – prefiks “nano” jedna je od milijardnih dionica nečega. To jest, 0,000000001 metara u jednom nanometru. To znači da ako cijelu Zemlju predstavimo u nanometrima, bit ćemo jako iznenađeni kada saznamo da će biti veličine oraha.
Dakle, nanotehnologija se bavi stvaranjem nanoobjekata, operirajući s pojedinačnim atomima i stvarajući od njih određenu strukturu. U budućnosti će nam vodootporna majica ili vatrostalni papir biti uobičajena stvar zahvaljujući nanotehnologiji. Ali čak i sada, na primjer, proizvedeni tranzistori, koji su, zapravo, osnova svih čipova, proizvode se s točnošću do 90 nanometara. Nedavno su predstavnici Hewlett-Packet TM-a izvijestili da će nanotehnologija uskoro moći zamijeniti moderne tradicionalne tehnologije za stvaranje tranzistora.
Nanotehnologija se primjenjuje u raznim područjima znanosti i svugdje je prati napredak. Na primjer, u medicini, ako provodite dijagnostiku za drugoga ranoj fazi bolesti, nanosenzori će pomoći osigurati brzi oporavak. Možda će na taj način čovječanstvo uspjeti pobijediti i rak i druge ozbiljne bolesti, jer će nanotehnologija pomoći lijeku da odmah uđe u oboljele stanice, a ne da se širi po cijelom tijelu.
Nanotehnologija se također može primijeniti u energetskom sektoru. Možda ćemo u budućnosti prestati ovisiti o plinu i nafti zahvaljujući solarnim panelima, jer se njihova učinkovitost može povećati dva do tri puta upravo uz korištenje nanotehnologije.
Također ne možemo ne spomenuti nanotehnologiju u području kao što je strojarstvo. Doista, u budućnosti, uz pomoć nanomaterijala, moći ćemo smanjiti trenje prilikom vožnje automobila, a možda ćemo se moći pobrinuti da se dijelovi sačuvaju mnogo dulje nego danas.
Profesor N. Taniguchi prvi je upotrijebio sam izraz "nanotehnologija" u svom izvješću na Međunarodnoj konferenciji u Japanu 1974. u Tokiju.
Sada vrlo često možemo naići na vijest da su znanstvenici izumili nešto novo koristeći nanotehnologiju, na primjer, najmanju nano rešetku, monomolekularnu podmornicu, najtamniji materijal na zemlji ili novi oblik ugljika, po strukturi jači od dijamanta. Tako je već 2004. Kodak proizveo devetslojni Ultima papir za printere, u kojem je gornji sloj formiran od keramičkih nanočestica, čineći papir gustim, glatkim i ugodnog sjaja.
Također, na primjer, otopina srebrnih nanočestica ima snažan antiseptički učinak. Dakle, ako stavite zavoj s takvom otopinom srebra na ranu, ona će zacijeliti mnogo puta brže nego, na primjer, korištenjem konvencionalnih antiseptičkih sredstava.
Ovakvim brzim tempom razvoja nanotehnologije moći ćemo intenzivnije istraživati svemir, podvodne dubine i općenito svakodnevni život učiniti lakšim i ugodnijim. A možda će nam se uskoro, poput raznih filmova o budućnosti, u kožu ugraditi čips koji će nam u nečemu pomoći; možda će našu uobičajenu tehnologiju zamijeniti nanotehnologija; ljudi će prestati umirati od raka i sličnih teških bolesti.
Nanotehnologija je prozor u budućnost koji znanstvenici otvaraju danas. Uvjereni smo da će nam se u budućnosti ono što se danas smatra fantazijom činiti sasvim uobičajenim.

Ministarstvo obrazovanja i znanosti Ruske Federacije

Općinska obrazovna ustanova

općeobrazovna škola - internat br. 1 srednja (potpuna)

opće obrazovanje Tomsk

ESEJ

na ovu temu: Nanotehnologija u suvremenom svijetu

Izvedena: učenik 8A razreda

Sakhnenko Marija

Nadglednik: Pahorukova D.P.

Nastavnik fizike

Tomsk 2010

UVOD

Trenutno malo ljudi zna što je nanotehnologija, iako je budućnost iza ove znanosti. Glavni cilj mog rada je upoznavanje s nanotehnologijom. Također želim saznati primjenu ove znanosti u raznim industrijama i saznati može li nanotehnologija biti opasna za ljude.

1. NANOTEHNOLOGIJA U SAVREMENOM SVIJETU

1.1 Povijest nastanka nanotehnologije

Djedom nanotehnologije može se smatrati grčki filozof Demokrit. Bio je prvi koji je upotrijebio riječ "atom" da opiše najmanju česticu materije. Više od dvadeset stoljeća ljudi su pokušavali proniknuti u tajnu strukture ove čestice. Rješenje ovog problema, nepodnošljivog za mnoge generacije fizičara, postalo je moguće u prvoj polovici dvadesetog stoljeća nakon što su njemački fizičari Max Knoll i Ernst Ruska stvorili elektronski mikroskop, koji je omogućio prvi put proučavanje nanoobjekata. .

Mnogi izvori, prije svega engleskog govornog područja, prvi spomen metoda, koje će kasnije nazvati nanotehnologija, povezuju s poznatim govorom Richarda Feynmana "Tamo dolje ima puno prostora" (engleski "Plenty of Roo at the Bottom") , koju je napravio 1959. godine na Kalifornijskom institutu za tehnologiju na godišnjem sastanku American Physical Society. Richard Feynman je sugerirao da je moguće mehanički pomicati pojedinačne atome koristeći manipulator odgovarajuće veličine, barem takav proces ne bi bio u suprotnosti s do sada poznatim zakonima fizike.

Predložio je da se ovaj manipulator učini na sljedeći način. Potrebno je izgraditi mehanizam koji bi stvorio vlastitu kopiju, samo red veličine manju. Stvoreni manji mehanizam mora opet stvoriti svoju kopiju, opet red veličine manju, i tako sve dok dimenzije mehanizma ne budu razmjerne veličini reda jednog atoma. U tom slučaju bit će potrebno izvršiti promjene u strukturi ovog mehanizma, budući da će sile gravitacije koje djeluju u makrosvijetu sve manje utjecati, a sile međumolekularnih interakcija sve će više utjecati na rad mehanizma. . Posljednja faza - rezultirajući mehanizam će sastaviti svoju kopiju od pojedinačnih atoma. U principu, broj takvih kopija je neograničen, bit će moguće stvoriti proizvoljan broj takvih strojeva u kratkom vremenu. Ovi će strojevi moći sastavljati makro stvari na isti način, atomskim sastavljanjem. To će stvari pojeftiniti za red veličine – takvim će robotima (nanorobotima) trebati dati samo potreban broj molekula i energije, te napisati program za sastavljanje potrebnih predmeta. Tu mogućnost do sada nitko nije uspio opovrgnuti, ali još nitko nije uspio stvoriti takve mehanizme. Temeljni nedostatak takvog robota je nemogućnost stvaranja mehanizma iz jednog atoma.

Evo kako je R. Feynman opisao svog navodnog manipulatora:

razmišljam o stvaranje električno kontroliranog sustava , koji koristi konvencionalno izrađene "servisne robote" u obliku četiri puta smanjenih kopija "ruka" operatera. Takvi će mikromehanizmi moći lako izvoditi operacije u smanjenom opsegu. Govorim o sićušnim robotima opremljenim servo motorima i malim “ručicama” koje mogu zategnuti jednako male vijke i matice, izbušiti vrlo male rupe itd. Ukratko, mogu obaviti sav posao u mjerilu 1:4. Da biste to učinili, naravno, prvo morate izraditi potrebne mehanizme, alate i ruke manipulatora u jednoj četvrtini uobičajene veličine (zapravo, jasno je da to znači smanjenje svih kontaktnih površina za faktor 16). U posljednjoj fazi ovi uređaji će biti opremljeni servo motorima (16 puta smanjene snage) i spojeni na konvencionalni električni upravljački sustav. Nakon toga bit će moguće koristiti ruke manipulatora, smanjene za 16 puta! Opseg primjene takvih mikrorobota, kao i mikrostrojeva, može biti prilično širok - od kirurških operacija do transporta i obrade radioaktivnih materijala. Nadam se da će se princip predloženog programa, kao i neočekivani problemi i briljantne prilike u vezi s njim, razumjeti. Štoviše, može se razmišljati o mogućnosti daljnjeg značajnog smanjenja razmjera, što će, naravno, zahtijevati daljnje strukturne promjene i modifikacije (usput, u određenoj fazi možda će biti potrebno napustiti "ruke" uobičajenom obliku), ali će omogućiti proizvodnju novih, mnogo naprednijih uređaja opisanog tipa. Ništa vas ne sprječava da nastavite s tim procesom i stvorite onoliko malih strojeva koliko želite, budući da nema ograničenja vezanih uz postavljanje strojeva ili njihovu potrošnju materijala. Njihov volumen uvijek će biti mnogo manji od volumena prototipa. Lako je izračunati da će ukupni volumen od 1 milijun alatnih strojeva smanjen za faktor 4000 (a time i masa materijala koji se koriste za proizvodnju) biti manji od 2% volumena i mase konvencionalnog stroja normalnih dimenzija. Jasno je da to odmah uklanja problem cijene materijala. U principu bi bilo moguće organizirati milijune identičnih minijaturnih tvornica, na kojima bi sićušni strojevi neprekidno bušili rupe, štancali dijelove itd. Kako se smanjujemo, stalno ćemo se susresti s vrlo neobičnim fizičkim pojavama. Sve što morate upoznati u životu ovisi o velikim čimbenicima. Osim toga, postoji i problem "ljepljenja" materijala pod djelovanjem intermolekularnih sila (tzv. van der Waalsove sile), što može dovesti do učinaka neuobičajenih za makroskopske razmjere. Na primjer, matica se neće odvojiti od vijka nakon otpuštanja, au nekim slučajevima će se čvrsto zalijepiti za površinu itd. Postoji nekoliko fizičkih problema ove vrste koje treba imati na umu pri projektiranju i izgradnji mikroskopskih mehanizama.

1.2. Što je nanotehnologija

Pojavivši se sasvim nedavno, nanotehnologija sve više ulazi u polje znanstveno istraživanje, a iz nje u naš svakodnevni život. Razvoj znanstvenika sve se više bavi objektima mikrosvijeta, atomima, molekulama, molekularnim lancima. Umjetno stvoreni nanoobjekti neprestano iznenađuju istraživače svojim svojstvima i obećavaju najneočekivanije izglede za njihovu primjenu.

Glavna mjerna jedinica u istraživanju nanotehnologije je nanometar – milijarditi dio metra. Ove jedinice se koriste za mjerenje molekula i virusa, a sada i elemenata nove generacije računalnih čipova. Na nanoskali se odvijaju svi osnovni fizikalni procesi koji određuju makrointerakcije.

Sama priroda tjera čovjeka na ideju stvaranja nanoobjekata. Svaka bakterija, zapravo, je organizam koji se sastoji od nanomašina: DNK i RNA kopiraju i prenose informacije, ribosomi formiraju proteine iz aminokiselina, mitohondriji proizvode energiju. Očito, u ovoj fazi razvoja znanosti znanstvenicima pada na pamet kopirati i poboljšati te pojave.

Zamislite: pijete čašu vode napunjenu mikroskopskim robotima. Njihova veličina je toliko mala da ih nije moguće vidjeti. Međutim, nakon što ih popijete, počet će djelovati na vaše tijelo, zacjeljivati rane i stavljati svojevrsne "zakrpe" gdje je potrebno. Nanometar je milijunti dio metra. Na toj skali funkcionira nanotehnologija. Njihove aktivnosti nisu ograničene isključivo na medicinsko područje, već naprotiv, ulaze u područje visokih tehnologija, no razvoj nanotehnologije je vrlo skup, kako financijski tako i intelektualno.

Vjerojatno je svatko od nas sanjao. Pa, očito podsjećajući na njihove snove iz djetinjstva, istraživači su razvili pravu umjetnu kožu koja može promijeniti boju poput kameleona. Prema znanstvenicima, takav izum može se primijeniti u kamuflaži i razvoju velikih dinamičkih prikaza. Takve se vijesti povremeno pojavljuju u tisku. Je li ovaj put stvarno drugačije?

Unatoč cijeloj gužvi, svim njegovim svojstvima i obećanjima znanstvenika, možda ćete biti iznenađeni činjenicom da ovaj materijal još uvijek nije široko korišten. Kako se pokazalo, to nije iznenađujuće. Međunarodni tim znanstvenika analizirao je uzorke grafena koje je proizvelo 60 tvrtki diljem svijeta i došao do zaključka da se sve one zapravo bave proizvodnjom i prodajom ne ultra tankog materijala na bazi ugljika, za čiji izum su njegovi tvorci dobili Nobelovu nagradu, ali obično smeće, koje također prodaju po previsokim cijenama.