Nanotechnologia, którą wykorzystujemy w życiu. «Nanotechnologia we współczesnym świecie

Markin Cyryl Pietrowicz

Dziedzina nauki i technologii zwana nanotechnologią jest stosunkowo nowa. Perspektywy tej nauki są wspaniałe. Sama cząstka „nano” oznacza jedną miliardową wartości. Na przykład nanometr to jedna miliardowa metra. Te wymiary są podobne do wymiarów cząsteczek i atomów. Dokładna definicja nanotechnologii jest następująca: nanotechnologie to technologie, które manipulują materią na poziomie atomów i molekuł (dlatego nanotechnologie są również nazywane technologią molekularną). Impulsem do rozwoju nanotechnologii był wykład Richarda Feynmana, w którym naukowo udowadnia, że ​​z punktu widzenia fizyki nie ma przeszkód w tworzeniu rzeczy bezpośrednio z atomów. Aby wyznaczyć sposób wydajnej manipulacji atomami, wprowadzono koncepcję asemblera - molekularnej nanomaszyny, która może zbudować dowolną strukturę molekularną. Przykładem naturalnego asemblera jest rybosom, który syntetyzuje białko w żywych organizmach. Oczywiście nanotechnologia to nie tylko odrębna część wiedzy, to wielkoskalowy, kompleksowy obszar badań związanych z naukami podstawowymi. Można powiedzieć, że prawie każdy przedmiot, który jest nauczany w szkole, będzie w taki czy inny sposób związany z technologiami przyszłości. Najbardziej oczywisty jest związek „nano” z fizyką, chemią i biologią. Podobno to właśnie te nauki otrzymają największy impuls do rozwoju w związku ze zbliżającą się rewolucją nanotechniczną.

Ściągnij:

Zapowiedź:

Miejska Budżetowa Instytucja Oświatowa

„Szkoła średnia nr 2 im. AA Arakantsev Semikarakorsk

Wstęp.

Obecnie niewiele osób wie, czym jest nanotechnologia, chociaż za tą nauką kryje się przyszłość.

Cel:

Dowiedz się, czym jest nanotechnologia;

Poznaj zastosowanie tej nauki w różnych gałęziach przemysłu;

Dowiedz się, czy nanotechnologia może być niebezpieczna dla ludzi.

Dziedzina nauki i technologii zwana nanotechnologią jest stosunkowo nowa. Perspektywy tej nauki są wspaniałe. Sama cząstka „nano” oznacza jedną miliardową wartości. Na przykład nanometr to jedna miliardowa metra. Te wymiary są podobne do wymiarów cząsteczek i atomów. Dokładna definicja nanotechnologii jest następująca: nanotechnologie to technologie, które manipulują materią na poziomie atomów i molekuł (dlatego nanotechnologie są również nazywane technologią molekularną). Impulsem do rozwoju nanotechnologii był wykład Richarda Feynmana, w którym naukowo udowadnia, że ​​z punktu widzenia fizyki nie ma przeszkód w tworzeniu rzeczy bezpośrednio z atomów. Aby wyznaczyć sposób wydajnej manipulacji atomami, wprowadzono koncepcję asemblera - molekularnej nanomaszyny, która może zbudować dowolną strukturę molekularną. Przykładem naturalnego asemblera jest rybosom, który syntetyzuje białko w żywych organizmach. Oczywiście nanotechnologia to nie tylko odrębna część wiedzy, to wielkoskalowy, kompleksowy obszar badań związanych z naukami podstawowymi. Można powiedzieć, że prawie każdy przedmiot, który jest nauczany w szkole, będzie w taki czy inny sposób związany z technologiami przyszłości. Najbardziej oczywisty jest związek „nano” z fizyką, chemią i biologią. Podobno to właśnie te nauki otrzymają największy impuls do rozwoju w związku ze zbliżającą się rewolucją nanotechniczną.

Już dziś możemy cieszyć się korzyściami i nowymi możliwościaminanotechnologie w:

• medycyna, w tym lotnictwo;
• farmakologia;
• geriatria;
• ochrona zdrowia narodu w kontekście narastającego kryzysu ekologicznego i katastrof spowodowanych przez człowieka;
• globalne sieci komputerowe i komunikacja informacyjna oparte na nowych zasadach fizycznych;
• systemy łączności na bardzo duże odległości;
• sprzęt samochodowy, ciągnikowy i lotniczy;
• bezpieczeństwo na drogach;
• systemy bezpieczeństwa informacji;
• rozwiązywanie problemów środowiskowych megamiast;
• rolnictwo;
• rozwiązywanie problemów zaopatrzenia w wodę pitną i oczyszczania ścieków;
• całkowicie nowe systemy nawigacyjne;
• odnowienie naturalnych surowców mineralnych i węglowodorowych.

Postanowiliśmy skupić się na zastosowaniu nanotechnologii w medycynie, przemyśle spożywczym, wojsku i kosmosie, bo te dziedziny wzbudziły nasze zainteresowanie.

1. Nanotechnologia we współczesnym świecie.

1.1 Historia powstania nanotechnologii.

Nauka „Nanotechnologie Jestem" powstały z powodu rewolucyjnych zmian w informatyce!

W 1947 roku wynaleziono tranzystor, po czym rozpoczęła się era rozkwitu technologii półprzewodnikowej, w której wielkość tworzonych urządzeń krzemowych stale się zmniejszała.Termin „nanotechnologia”W 1974 roku Japończyk Noryo Taniguchi zaproponował opisanie procesu budowy nowych obiektów i materiałów poprzez manipulowanie pojedynczymi atomami. Nazwa pochodzi od słowa „nanometr” - jednej miliardowej części metra (10-9 m).

We współczesnym brzmieniu nanotechnologia to technologia wytwarzania supermikroskopowych struktur z najmniejszych cząstek materii, łącząca wszystkie procesy techniczne bezpośrednio związane z atomami i cząsteczkami.

Współczesna nanotechnologia ma dość głęboki ślad historyczny. Znaleziska archeologiczne świadczą o istnieniu preparatów koloidalnych w starożytnym świecie, na przykład „chiński atrament” w starożytnym Egipcie. Słynna stal damasceńska powstała dzięki obecności w niej nanorurek.

Za ojca idei nanotechnologii można warunkowo uznać greckiego filozofa Demokryta około 400 roku p.n.e. Po raz pierwszy użył słowa „atom”, co po grecku oznacza „niezniszczalny”, aby opisać najmniejszą cząsteczkę materii.

Oto przykładowa ścieżka rozwoju:

• 1905 Szwajcarski fizyk Albert Einstein opublikował artykuł, w którym udowodnił, że wielkość cząsteczki cukru wynosi około 1 nanometra.
• 1931 Niemieccy fizycy Max Knoll i Ernst Ruska stworzyli mikroskop elektronowy, który po raz pierwszy umożliwił badanie nanoobiektów.
• 1934 Amerykański fizyk teoretyczny, laureat Nagrody Nobla Eugene Wigner teoretycznie uzasadnił możliwość wytworzenia ultradrobnego metalu o dość małej liczbie elektronów przewodzących.
• 1951 John von Neumann wyróżnił zasady samokopiujących maszyn, naukowcy generalnie potwierdzili ich możliwość.
• W 1953 Watson i Crick opisali strukturę DNA, co pokazało, jak żywe istoty przekazują instrukcje rządzące ich budową.
• 1959 Amerykański fizyk Richard Feynman jako pierwszy opublikował artykuł oceniający perspektywy miniaturyzacji. Laureat Nagrody Nobla R. Feynman napisał zdanie, które jest obecnie postrzegane jako proroctwo: „O ile widzę, zasady fizyki nie zabraniają manipulacji pojedynczymi atomami”. Pomysł ten pojawił się, gdy nie rozpoznano jeszcze początku ery postindustrialnej; w tamtych latach nie było układów scalonych, mikroprocesorów, komputerów osobistych.
• 1974 Japoński fizyk Norio Taniguchi ukuł termin „nanotechnologia” w odniesieniu do mechanizmów mniejszych niż jeden mikron. Greckie słowo „nanos” oznacza z grubsza „stary człowiek”.
• 1981 Gleiter najpierw zwrócił uwagę na możliwość tworzenia materiałów o unikalnych właściwościach, których strukturę reprezentują krystality z zakresu nanoskali.

• 27 marca 1981 r. w wiadomościach radiowych CBS cytowano naukowca z NASA, który powiedział, że inżynierowie będą w stanie w ciągu dwudziestu lat zbudować samoreplikujące się roboty do użytku w kosmosie lub na Ziemi. Maszyny te budowałyby kopie samych siebie, a kopie można by poinstruować, aby tworzyły użyteczne produkty.
• 1982 G. Bining i G. Rohrer tworzą pierwszy skaningowy mikroskop tunelowy.
• 1985 Amerykańscy fizycy Robert Curl, Harold Kroto i Richard Smaley stworzyli technologię, która pozwala dokładnie mierzyć obiekty o średnicy jednego nanometra.
• 1986 Nanotechnologia stała się znana opinii publicznej. Amerykański naukowiec Eric Drexler opublikował książkę Engines of Creation: The Coming of the Era of Nanotechnology, w której przewidział, że nanotechnologia wkrótce zacznie się aktywnie rozwijać.
• 1991, Houston (USA), Wydział Chemii, Rice University. W swoim laboratorium dr R. Smalley (laureat Nagrody Nobla w 1996 r.) użył lasera do odparowania grafitu w próżni, którego faza gazowa składała się z dość dużych kraterów: każdy z 60 atomami węgla. Klaster 60 atomów jest bardziej stabilny, ponieważ ma zwiększoną energię swobodną. Ta gromada jest formacją strukturalną podobną do piłki nożnej i proponuje nazwać tę cząsteczkę fulerenem.
• 1991, po raz pierwszy odkryto Sumio Ijima, pracownika laboratorium NEC w Japonii nanorurki węglowe, które kilka miesięcy wcześniej przewidział rosyjski fizyk L. Chernozatonsky i amerykański J. Mintmir.
• 1995 W Instytucie Fizyki i Chemii im. L.Ya. Karpov opracował czujnik na bazie nanokompozytu folii, który wykrywa różne substancje w atmosferze (amoniak, alkohol, para wodna).
• 1997 Richard E. Smalley, laureat Nagrody Nobla w dziedzinie chemii z 1996 roku, profesor chemii i fizyki, przewidział powstanie atomów do roku 2000 iw tym samym czasie przewidział pojawienie się pierwszych komercyjnych nanoproduktów. Ta przepowiednia spełniła się w przewidzianym czasie.
• 1998 eksperymentalnie potwierdzono zależności właściwości elektrycznych nanorurek od parametrów geometrycznych.
• 1998 Holenderski fizyk Seez Dekker stworzył tranzystor w oparciu o nanotechnologię.
• 1998 Tempo rozwoju nanotechnologii zaczęło gwałtownie rosnąć. Japonia zidentyfikowała nanotechnologię jako prawdopodobną kategorię technologii XXI wieku.
• 1999 Amerykańscy fizycy James Tour i Mark Reed ustalili, że pojedyncza cząsteczka może zachowywać się w taki sam sposób jak łańcuchy molekularne.
• rok 2000. Zespół badawczy Hewlett-Packard stworzył cząsteczkę przełącznika lub minimikrodiodę przy użyciu najnowszych nanotechnologicznych metod samoorganizacji.

• rok 2000. Początek ery nanoelektroniki hybrydowej.
• 2002 S. Dekker połączył nanorurki z DNA, uzyskując pojedynczy nanomechanizm.
• 2003 Japońscy naukowcy jako pierwsi na świecie stworzyli urządzenie półprzewodnikowe, które implementuje jeden z dwóch głównych elementów potrzebnych do stworzenia komputera kwantowego. 2004. Zaprezentowano „pierwszy na świecie” komputer kwantowy

• 7 września 2006 r. rząd Federacji Rosyjskiej zatwierdził koncepcję Federalnego Programu Celowego Rozwoju Nanotechnologii na lata 2007-2010.

W ten sposób Nanotechnologia, która ukształtowała się historycznie do chwili obecnej, podbiwszy teoretyczne pole świadomości społecznej, nadal wnika w jej codzienną warstwę.

Nie należy jednak sprowadzać nanotechnologii jedynie do lokalnego rewolucyjnego przełomu w tych dziedzinach (elektronika, informatyka). W nanotechnologii uzyskano już szereg niezwykle ważnych wyników, które pozwalają nam mieć nadzieję na znaczący postęp w rozwoju wielu innych dziedzin nauki i technologii (medycyna i biologia, chemia, ekologia, energetyka, mechanika itp.). Na przykład w przejściu do zakresu nanometrycznego (tj. do obiektów o charakterystycznych długościach około 10 nm) wiele najważniejszych właściwości substancji i materiałów zmienia się znacząco. Mówimy o tak ważnych cechach, jak przewodność elektryczna, optyczny współczynnik załamania światła, właściwości magnetyczne, wytrzymałość, odporność na ciepło itp. Na podstawie materiałów Z Już teraz powstają nowe rodzaje baterii słonecznych, konwerterów energii, produktów przyjaznych dla środowiska itp. o nowych właściwościach.Niewykluczone, że najważniejszą konsekwencją wprowadzenia nanotechnologii będzie produkcja tanich, energooszczędnych i przyjaznych środowisku materiałów.Powstały już bardzo czułe sensory biologiczne (sensory) i inne urządzenia, które pozwalają mówić o powstawaniu nowej nauki, jaką jest nanobiotechnologia i mają duże perspektywy praktycznego zastosowania. Nanotechnologia stwarza nowe możliwości mikroobróbki materiałów i tworzenia na tej podstawie nowych procesów produkcyjnych i nowych produktów, które powinny mieć rewolucyjny wpływ na życie gospodarcze i społeczne przyszłych pokoleń.

1.2. Nanotechnologie w różnych sferach życia człowieka

Wnikanie nanotechnologii w sfery działalności człowieka można przedstawić jako drzewo nanotechnologii. Aplikacja ma postać drzewa, którego gałęzie reprezentują główne aplikacje, a gałęzie z dużych gałęzi reprezentują zróżnicowanie w obrębie głównych aplikacji w danym momencie.

Dzisiaj (2000 - 2010) mamy do czynienia z następującym zdjęciem:

• nauki biologiczne obejmują rozwój technologii znaczników genowych, powierzchni pod implanty, powierzchni przeciwdrobnoustrojowych, leków celowanych, inżynierii tkankowej, terapii onkologicznej.
• proste włókna sugerują rozwój technologii papierniczej, tanich materiałów budowlanych, lekkich płyt, części samochodowych, materiałów o dużej wytrzymałości.
• Klipsy Nano polegają na produkcji nowych tkanin, powłok szklanych, „inteligentnych” piasków, papieru, włókien węglowych.
• ochrona przed korozją za pomocą nanododatków do miedzi, aluminium, magnezu, stali.
• Katalizatory mają zastosowanie w rolnictwie, dezodoryzacji i produkcji żywności.
• Materiały łatwo zmywalne znajdują zastosowanie w życiu codziennym, architekturze, przemyśle mleczarskim, spożywczym, transporcie i kanalizacji. Jest to produkcja okularów samoczyszczących, sprzętu i narzędzi szpitalnych, powłoki antypleśniowej, ceramiki łatwej do czyszczenia.
• Biopowłoki są stosowane w sprzęcie sportowym i łożyskach.
• Optyka jako sfera zastosowań nanotechnologii obejmuje takie dziedziny jak elektrochromia, produkcja soczewek optycznych. Są to nowe optyki fotochromowe, optyka łatwa do czyszczenia i optyka powlekana.
• Ceramika z zakresu nanotechnologii umożliwia uzyskanie elektroluminescencji i fotoluminescencji, past drukarskich, pigmentów, nanoproszków, mikrocząstek, membran.
• Technologia komputerowa i elektronika jako sfera zastosowań nanotechnologii będą rozwijać elektronikę, nanoczujniki, mikrokomputery domowe (wbudowane), narzędzia do wizualizacji i konwertery energii. Dalej jest rozwój globalnych sieci, komunikacji bezprzewodowej, komputerów kwantowych i DNA.
• Nanomedycyna jako sfera zastosowań nanotechnologii to nanomateriały dla protetyki, „inteligentne” protezy, nanokapsułki, nanosondy diagnostyczne, implanty, rekonstruktory i analizatory DNA, instrumenty „inteligentne” i precyzyjne, farmaceutyki kierunkowe.
• Kosmos jako sfera zastosowań nanotechnologii otworzy perspektywy dla mechanoelektrycznych konwerterów energii słonecznej, nanomateriałów do zastosowań kosmicznych.
• Ekologia jako dziedzina zastosowań nanotechnologii to odbudowa warstwy ozonowej, kontrola pogody.

1.2.1 Nanotechnologia w kosmosie

W kosmosie szaleje rewolucja. Zaczęto tworzyć satelity i nanourządzenia do 20 kilogramów.

Powstał system mikrosatelitów, który jest mniej podatny na próby jego zniszczenia. Co innego zestrzelić na orbicie kolosa ważącego kilkaset kilogramów, a nawet ton, natychmiast wyłączając wszelką komunikację kosmiczną lub inteligencję, a co innego, gdy na orbicie znajduje się cały rój mikrosatelitów. Awaria jednego z nich w tym przypadku nie zakłóci działania systemu jako całości. W związku z tym można zmniejszyć wymagania dotyczące niezawodności działania każdego satelity.

Młodzi naukowcy uważają, że kluczowym problemom mikrominiaturyzacji satelitów należy przypisać m.in. tworzenie nowych technologii w dziedzinie optyki, systemów łączności, sposobów przesyłania, odbierania i przetwarzania dużej ilości informacji. Mówimy o nanotechnologiach i nanomateriałach, które umożliwiają zmniejszenie masy i wymiarów urządzeń wystrzeliwanych w kosmos o dwa rzędy wielkości. Na przykład wytrzymałość nanoniklu jest 6 razy większa niż zwykłego niklu, co pozwala, w przypadku zastosowania w silnikach rakietowych, zmniejszyć masę dyszy o 20-30%.Zmniejszenie masy technologii kosmicznej rozwiązuje wiele problemów: wydłuża czas przebywania statku kosmicznego w kosmosie, pozwala na dalsze latanie i przewożenie większej ilości przydatnego sprzętu do badań. Jednocześnie rozwiązywany jest problem zaopatrzenia w energię. Miniaturowe urządzenia już niedługo posłużą do badania wielu zjawisk, np. wpływu promieni słonecznych na procesy zachodzące na Ziemi i w przestrzeni okołoziemskiej.

Dziś przestrzeń nie jest egzotyczna, a jej eksploracja to nie tylko kwestia prestiżu. Przede wszystkim to jest pytanie bezpieczeństwo narodowe i konkurencyjności narodowej naszego państwa. To właśnie rozwój superkompleksowych nanosystemów może stać się narodowym atutem kraju. Podobnie jak nanotechnologia, nanomateriały dadzą nam możliwość poważnego porozmawiania o lotach załogowych na różne planety Układu Słonecznego. To właśnie zastosowanie nanomateriałów i nanomechanizmów może urzeczywistnić załogowe loty na Marsa i eksplorację powierzchni Księżyca.Innym niezwykle popularnym kierunkiem rozwoju mikrosatelitów jest tworzenie teledetekcji Ziemi (ERS). Rynek dla odbiorców informacji zaczął tworzyć się z rozdzielczością zdjęć satelitarnych 1 mw zasięgu radaru i mniej niż 1 mw zakresie optycznym (takie dane wykorzystuje się przede wszystkim w kartografii).

1.2.2 Nanotechnologia w medycynie

Zdaniem naukowców ostatnie postępy w nanotechnologii mogą być bardzo przydatne w walce z rakiem. Lek przeciwnowotworowy został opracowany bezpośrednio do celu – do komórek dotkniętych nowotworem złośliwym. Nowy system oparty na materiale zwanym biokrzemem. Nasilikon ma porowatą strukturę (średnica dziesięciu atomów), co ułatwia wprowadzanie leków, białek i radionuklidów. Po osiągnięciu celu biokrzem zaczyna się rozpadać, a dostarczane przez niego leki zaczynają działać. Co więcej, według twórców nowy system pozwala dostosować dawkowanie leku.

Do ostatnie lata Pracownicy Centrum Nanotechnologii Biologicznej pracują nad stworzeniem mikroczujników, które posłużą do wykrywania komórek nowotworowych w organizmie i walki z tą straszną chorobą.

Nowa technika rozpoznawania komórek nowotworowych polega na wszczepianiu do organizmu człowieka maleńkich kulistych zbiorników wykonanych z syntetycznych polimerów zwanych dendrymerami (od greckiego dendronu – drzewo). Polimery te zostały zsyntetyzowane w ciągu ostatniej dekady i mają całkowicie nową, niestałą strukturę, która przypomina strukturę korala lub drewna. Takie polimery nazywane są hiperrozgałęzionymi lub kaskadowymi. Te, w których rozgałęzienia są regularne, nazywane są dendrymerami. Pod względem średnicy każda taka kula, czyli nanoczujnik, osiąga zaledwie 5 nanometrów - 5 miliardowych części metra, co umożliwia umieszczenie miliardów takich nanoczujników na niewielkim obszarze przestrzeni.

Po wejściu do organizmu te maleńkie czujniki przenikną do limfocytów, białych krwinek, które zapewniają odpowiedź obronną organizmu przed infekcjami i innymi patogenami. Z odpowiedzią immunologiczną komórek limfoidalnych na określoną chorobę lub warunki środowiskowe - na przykład przeziębienie lub narażenie na promieniowanie - struktura białka komórki się zmieniają. Każdy nanoczujnik, pokryty specjalnymi środkami chemicznymi, zacznie świecić takimi zmianami.

Aby zobaczyć tę poświatę, naukowcy stworzą specjalne urządzenie, które skanuje siatkówkę. Laser takiego urządzenia powinien wykrywać świecenie limfocytów, gdy przechodzą one jeden po drugim przez wąskie naczynia włosowate dna oka. Naukowcy twierdzą, że jeśli w limfocytach jest wystarczająca liczba oznakowanych czujników, potrzebny byłby 15-sekundowy skan, aby wykryć uszkodzenie komórki.

Tutaj spodziewany jest największy wpływ nanotechnologii, gdyż dotyka ona samej podstawy istnienia społeczeństwa – człowieka. Nanotechnologia osiąga taki wymiarowy poziom świata fizycznego, w którym rozróżnienie między żywym a nieożywionym staje się nieustalone – to są maszyny molekularne. Nawet wirus może być częściowo uznany za żywy system, ponieważ zawiera informacje o jego budowie. Ale rybosom, chociaż składa się z tych samych atomów, co cała materia organiczna, nie zawiera takich informacji i dlatego jest tylko organiczną maszyną molekularną. Nanotechnologia w swojej rozwiniętej postaci polega na budowie nanorobotów, molekularnych maszyn o nieorganicznym składzie atomowym, te maszyny będą mogły budować swoje kopie, posiadając informacje o takiej konstrukcji. Dlatego granica między żywym a nieożywionym zaczyna się zacierać. Do tej pory powstał tylko jeden prymitywny chodzący robot DNA.

Nanomedycyna jest reprezentowana przez następujące możliwości:

1. Laboratoria na chipie, ukierunkowane dostarczanie leków do organizmu.

2. DNA - chipy (tworzenie poszczególnych leków).

3. Sztuczne enzymy i przeciwciała.

4. Sztuczne narządy, sztuczne polimery funkcjonalne (substytuty tkanek organicznych). Kierunek ten jest ściśle związany z ideą sztucznego życia i w przyszłości prowadzi do powstania robotów ze sztuczną świadomością i zdolnych do samoleczenia na Poziom molekularny. Wynika to z ekspansji koncepcji życia poza organiczne

5. Nanoroboty-chirurdzy (biomechanizmy dokonujące zmian i wymagane działania medyczne, rozpoznawanie i niszczenie komórek nowotworowych). Tym najbardziej radykalnym zastosowaniem nanotechnologii w medycynie będzie tworzenie molekularnych nanorobotów, które mogą niszczyć infekcje i nowotwory nowotworowe, naprawiać uszkodzone DNA, tkanki i narządy, duplikować całe systemy podtrzymywania życia organizmu, zmieniać właściwości organizmu.

Traktując pojedynczy atom jako cegłę lub „szczegół”, nanotechnologie szukają praktycznych sposobów na konstruowanie materiałów o pożądanych właściwościach z tych detali. Wiele firm już wie, jak składać atomy i cząsteczki w określone struktury.

W przyszłości wszelkie molekuły będą składane jak projektant dla dzieci. W tym celu planowane jest wykorzystanie nanorobotów (nanobotów). W rzeczywistości można zbudować dowolną stabilną chemicznie strukturę, którą można opisać.. Ponieważ nanobota można zaprogramować do budowy dowolnej konstrukcji, w szczególności do zbudowania kolejnego nanobota, będą one bardzo tanie. Pracując w ogromnych grupach, nanoboty będą w stanie tworzyć dowolne obiekty przy niskich kosztach i wysokiej dokładności. W medycynie problem wykorzystania nanotechnologii tkwi w konieczności zmiany struktury komórki na poziomie molekularnym, tj. przeprowadzić „chirurgię molekularną” za pomocą nanobotów. Oczekuje się stworzenia molekularnych lekarzy-robotów, które będą mogły „żyć” wewnątrz ludzkiego ciała, eliminując wszelkie powstałe uszkodzenia lub zapobiegając ich powstawaniu.Manipulując pojedynczymi atomami i cząsteczkami, nanoboty będą w stanie naprawiać komórki. Przewidywany czas powstania lekarzy-robotów to pierwsza połowa XXI wieku.

Pomimo obecnego stanu rzeczy nanotechnologie, jako kardynalne rozwiązanie problemu starzenia się, są więcej niż obiecujące.

Wynika to z faktu, że nanotechnologie mają ogromny potencjał do zastosowań komercyjnych w wielu gałęziach przemysłu, a co za tym idzie, oprócz poważnych funduszy rządowych, badania w tym kierunku są prowadzone przez wiele dużych korporacji.

Całkiem możliwe, że po udoskonaleniu w celu zapewnienia „wiecznej młodości”, nanoboty nie będą już potrzebne lub będą produkowane przez samą komórkę.

Aby osiągnąć te cele, ludzkość musi rozwiązać trzy główne pytania:

1. Projektuj i buduj roboty molekularne, które potrafią naprawiać cząsteczki.
2. Projektować i tworzyć nanokomputery, które będą sterować nanomaszynami.
3. Stwórz Pełny opis innymi słowy, aby stworzyć mapę ludzkiego ciała na poziomie atomowym.

Główną trudnością nanotechnologii jest problem stworzenia pierwszego nanobota. Istnieje kilka obiecujących kierunków.

Jednym z nich jest udoskonalenie skaningowego mikroskopu tunelowego lub mikroskopu sił atomowych i osiągnięcie dokładności pozycjonowania oraz siły chwytania.
Kolejna droga do powstania pierwszego nanobota prowadzi przez syntezę chemiczną. Być może zaprojektowanie i zsyntetyzowanie pomysłowych składników chemicznych, które będą zdolne do samodzielnego montażu w roztworze.
A inna droga prowadzi przez biochemię. Rybosomy (wewnątrz komórki) to wyspecjalizowane nanoboty, które możemy wykorzystać do stworzenia bardziej wszechstronnych robotów.

Te nanoboty będą w stanie spowolnić proces starzenia, traktuj pojedyncze komórki i wchodzić w interakcje z poszczególnymi neuronami.

Prace badawcze rozpoczęły się stosunkowo niedawno, ale tempo odkryć w tej dziedzinie jest niezwykle wysokie, wielu uważa, że ​​to przyszłość medycyny.

1.2.3 Nanotechnologia w przemyśle spożywczym

Nanofood (nanofood) to termin nowy, niejasny i brzydki. Pokarm dla nanoludzi? Bardzo małe porcje? Żywność wyprodukowana w nanofabrykach? Oczywiście nie. Ale wciąż jest to ciekawy trend w przemyśle spożywczym. Okazuje się, że nanojedzenie to cały zestaw pomysłów naukowych, które są już na drodze do wdrożenia i zastosowania w przemyśle. Po pierwsze, nanotechnologia może zapewnić producentom żywności wyjątkowe możliwości całkowitego monitorowania w czasie rzeczywistym jakości i bezpieczeństwa produktów bezpośrednio w procesie produkcyjnym. Mowa o maszynach diagnostycznych wykorzystujących różne nanoczujniki lub tzw. kropki kwantowe, zdolne do szybkiego i niezawodnego wykrycia najmniejszych zanieczyszczenie chemiczne lub niebezpieczne czynniki biologiczne. A produkcja żywności, jej transport i metody przechowywania mogą otrzymać swój udział w użytecznych innowacjach z przemysłu nanotechnologicznego. Według naukowców pierwsze tego typu masowo produkowane maszyny pojawią się w masowej produkcji żywności w ciągu najbliższych czterech lat. Ale na porządku dziennym są też bardziej radykalne pomysły. Czy jesteś gotowy połknąć nanocząsteczki, których nie widzisz? Ale co, jeśli nanocząsteczki są celowo wykorzystywane do dostarczania dobroczynnych substancji i leków do precyzyjnie wybranych partii ciała? A jeśli takie nanokapsułki można wprowadzić do produktów spożywczych? Do tej pory nikt nie stosował nanożywności, ale wstępne prace już trwają. Eksperci twierdzą, że jadalne nanocząsteczki można wytwarzać z krzemu, ceramiki lub polimerów. I oczywiście - materia organiczna. A jeśli wszystko jest jasne, jeśli chodzi o bezpieczeństwo tzw. „miękkich” cząstek, podobnych w budowie i składzie do materiałów biologicznych, to „twarde” cząstki złożone z substancji nieorganicznych są dużą białą plamą na przecięciu dwóch terytoriów – nanotechnologia i biologia. Naukowcy wciąż nie potrafią powiedzieć, jakimi drogami takie cząsteczki będą podróżować w organizmie i gdzie w rezultacie się zatrzymają. To się dopiero okaże. Ale niektórzy eksperci już rysują futurystyczne obrazy korzyści płynących z nanozjadów. Oprócz dostarczania cennych składników odżywczych do właściwych komórek. Idea jest następująca: każdy kupuje ten sam napój, ale wtedy konsument będzie mógł sterować nanocząsteczkami w taki sposób, aby smak, kolor, aromat i stężenie napoju zmieniały się na jego oczach.

1.2.4 Nanotechnologia w wojsku

Wojskowe zastosowanie nanotechnologii otwiera się jakościowo nowy poziom dominacja militarna na świecie. Można rozważyć główne kierunki tworzenia nowej broni opartej na nanotechnologii:

1. Stworzenie nowych potężnych miniaturowych urządzeń wybuchowych.

2. Destrukcja makrourządzeń z poziomu nano.

3. Szpiegostwo i tłumienie bólu za pomocą neurotechnologii.

4. Broń biologiczna i nanourządzenia sterowania genetycznego.

5. Nanosprzęt dla żołnierzy.

6. Ochrona przed bronią chemiczną i biologiczną.

7. Nanourządzenia w systemach sterowania sprzętem wojskowym.

8. Nanopowłoki na sprzęt wojskowy.

Nanotechnologia pozwoli na produkcję potężnych materiałów wybuchowych. Rozmiar materiałów wybuchowych można zmniejszyć dziesięciokrotnie. Atak kierowanych pocisków z nanomateriałami wybuchowymi na zakłady przetwarzania paliwa jądrowego może pozbawić kraj fizycznej zdolności do produkcji plutonu przeznaczonego do broni. Wprowadzenie niewielkich urządzeń zrobotyzowanych do sprzętu elektronicznego może zakłócić działanie obwodów elektrycznych i mechaniki za pomocą. Nie można zapobiec awarii centrów kontroli i stanowisk dowodzenia bez izolacji nanourządzeń. Roboty do demontażu materiałów na poziomie atomowym staną się potężną bronią, która zamienia w pył pancerze czołgów, betonowe konstrukcje bunkrów, obudowy reaktorów jądrowych i ciała żołnierzy. Ale to wciąż tylko perspektywa zaawansowanej formy nanotechnologii. W międzyczasie prowadzone są badania w dziedzinie technologii neuronowych, których rozwój doprowadzi do pojawienia się wojskowych nanourządzeń, które będą szpiegować, czyli przechwytywać kontrolę nad funkcjami ludzkiego organizmu, wykorzystując połączenie z pomocą nanourządzeń do układu nerwowego. Laboratoria NASA stworzyły już działające próbki sprzętu do przechwytywania mowy wewnętrznej. Komponenty fotoniczne na nanostrukturach zdolne do odbierania i przetwarzania ogromnych ilości informacji staną się podstawą systemów monitorowania przestrzeni kosmicznej, obserwacji naziemnej i systemów szpiegowskich. Za pomocą nanourządzeń osadzonych w mózgu możliwe jest uzyskanie „sztucznego” (technicznego) widzenia o rozszerzonym spektrum percepcji w porównaniu z widzeniem biologicznym. Opracowywany jest system tłumienia bólu dla żołnierzy wszczepionych w ciało i mózg, neurochipy.

Kolejnym zastosowaniem nanotechnologii w sferze wojskowej są nanourządzenia do naprowadzania genetycznego. Genetycznie sterowane nanourządzenie można zaprogramować do wykonywania określonych destrukcyjnych działań, w zależności od struktury genetycznej DNA komórki, w której się znajduje. Jako warunek aktywacji urządzenia ustalany jest unikalny odcinek kodu genetycznego konkretnej osoby lub szablon działań na grupie osób. Odróżnienie normalnej epidemii od czystek etnicznych byłoby praktycznie niemożliwe bez narzędzi do wykrywania nanobotów. Nanourządzenia będą działać tylko przeciwko danemu typowi ludzi i na ściśle określonych warunkach. Po wejściu do ciała nanourządzenie nie zamanifestuje się w żaden sposób, dopóki nie zostanie wydane polecenie aktywacji. Kolejnym zastosowaniem nanotechnologii jest wyposażenie i wyposażenie żołnierzy. Proponuje się stworzyć rodzaj hybrydy z osoby, umundurowania i broni, których elementy będą tak ściśle ze sobą powiązane, że w pełni wyposażonego żołnierza przyszłości można nazwać oddzielnym organizmem.

Nanotechnologia dała przełom w produkcji zbroi i kamizelek kuloodpornych.

Sprzęt wojskowy ma być wyposażony w specjalną „farbę elektromechaniczną”, która zmieni kolor i zapobiegnie korozji. Nanofarba będzie w stanie „dokręcić” drobne uszkodzenia korpusu maszyny i będzie składać się z dużej liczby nanomechanizmów, które pozwolą na wykonanie wszystkich powyższych funkcji. Za pomocą systemu matryc optycznych, które będą osobnymi nanomaszynami w „farbie”, naukowcy chcą osiągnąć efekt niewidzialności samochodu czy samolotu.

Nanotechnologia przyniesie zmiany w sferze militarnej. Nowy jakościowo przekształcony i niekontrolowany wyścig zbrojeń. Kontrola nad nanotechnologią może być realizowana tak naprawdę tylko w globalnej cywilizacji. Nanotechnologia pozwoli na pełną mechanizację działań wojennych z wykluczeniem obecności zmodernizowanych żołnierzy.

Tak więc głównym wnioskiem o wyniku penetracji nanotechnologii w dziedzinie broni jest perspektywa powstania globalnego społeczeństwa zdolnego do kontrolowania nanotechnologii i wyścigu zbrojeń. Ten nurt uniwersalizmu wyznacza racjonalność cywilizacji technogenicznej i wyraża jej interesy i wartości.

Wniosek

Po wyjaśnieniu pojęcia nanotechnologii, nakreśleniu jej perspektyw i skupieniu się na: możliwe niebezpieczeństwa i groźby, chcę zakończyć. Uważam, że nanotechnologia jest młodą nauką, której wyniki mogą zmieniać się nie do poznania świat. A to, czym będą te zmiany – użyteczne, nieporównywalnie ułatwiające życie, czy szkodliwe, zagrażające ludzkości – zależy od wzajemnego zrozumienia i racjonalności ludzi. A wzajemne zrozumienie i rozsądek bezpośrednio zależą od poziomu człowieczeństwa, co oznacza odpowiedzialność osoby za swoje działania. Dlatego najważniejszą potrzebą w ostatnich latach przed nieuniknionym „boomem” nanotechnologicznym jest edukacja filantropii. Tylko rozsądni i humanitarni ludzie mogą zmienić nanotechnologie w odskocznię do zrozumienia Wszechświata i ich miejsca w tym Wszechświecie.

Bibliografia

1. Podstawy programowania obiektowego w Delphi: Proc. dodatek / V. V. Kuznetsov, I. V. Abdrashitova; Wyd. T. B. Korneeva. - wyd. 3, poprawione. i dodatkowe - Tomsk, 2008r. - 120 pkt.
2. Kimmel P. Tworzenie aplikacji w Delphi./P. Kimel - M: Williams, 2003. - 114p.
3. Kobayashi N. Wprowadzenie do nanotechnologii / N. Kobayashiego. - M.: Binom, 2005 - 134s
4. Chaplygin A. Nanotechnologie w elektronice / A. Chaplygin. - 2005 M.: technosfera
5. http:// www.delphi.com

   Zapowiedź:

   Aby skorzystać z podglądu prezentacji, utwórz konto (konto) Google i zaloguj się:

Nanotechnologia to dziedzina nauk podstawowych i stosowanych oraz technologii, która zajmuje się ogółem uzasadnienie teoretyczne, praktyczne metody badań, analizy i syntezy oraz metody wytwarzania i stosowania produktów o określonej budowie atomowej poprzez kontrolowaną manipulację poszczególnymi atomami i cząsteczkami.

Fabuła

Wiele źródeł, głównie w języku angielskim, łączy pierwszą wzmiankę o metodach, które później nazwano nanotechnologią, ze słynnym przemówieniem Richarda Feynmana „There's Plenty of Room at the Bottom”, wygłoszonym przez niego w 1959 roku w Kalifornii Instytut Technologii na dorocznym spotkaniu Amerykańskiego Towarzystwa Fizycznego. Richard Feynman zasugerował, że możliwe jest mechaniczne przesuwanie pojedynczych atomów za pomocą manipulatora o odpowiedniej wielkości, przynajmniej taki proces nie byłby sprzeczny ze znanymi dzisiaj prawami fizyki.

Zasugerował wykonanie tego manipulatora w następujący sposób. Konieczne jest zbudowanie mechanizmu, który stworzyłby własną kopię, tylko o rząd wielkości mniejszą. Stworzony mniejszy mechanizm musi ponownie stworzyć swoją kopię, znowu o rząd wielkości mniejszą i tak dalej, aż wymiary mechanizmu będą współmierne do wymiarów rzędu jednego atomu. Jednocześnie konieczne będzie dokonanie zmian w strukturze tego mechanizmu, gdyż siły grawitacji działające w makrokosmosie będą miały coraz mniejszy wpływ, a siły oddziaływań międzycząsteczkowych i siły van der Waalsa w coraz większym stopniu będą oddziaływać na działanie mechanizmu.

Ostatni etap - powstały mechanizm złoży swoją kopię z poszczególnych atomów. W zasadzie ilość takich kopii jest nieograniczona, w krótkim czasie będzie można stworzyć dowolną ilość takich maszyn. Maszyny te będą mogły montować makroobiekty w ten sam sposób, montaż atom po atomie. To sprawi, że rzeczy będą o rząd wielkości tańsze – takie roboty (nanoroboty) będą musiały otrzymać tylko wymaganą liczbę cząsteczek i energię oraz napisać program, który złoży niezbędne elementy. Do tej pory nikomu nie udało się odrzucić tej możliwości, ale nikomu jeszcze nie udało się stworzyć takich mechanizmów. W toku teoretycznego badania tej możliwości pojawiły się hipotetyczne scenariusze zagłady, które sugerują, że nanoroboty wchłoną całą biomasę Ziemi, realizując swój program samoreprodukcji (tzw. „szara maź” lub „szara maź” ).

Pierwsze założenia dotyczące możliwości badania obiektów na poziomie atomowym można znaleźć w książce „Optics” Isaaca Newtona, opublikowanej w 1704 roku. W książce Newton wyraża nadzieję, że mikroskopy przyszłości będą w stanie kiedyś zbadać „tajemnice ciałek”.

Termin „nanotechnologia” został po raz pierwszy użyty przez Norio Taniguchi w 1974 roku. Nazwał ten termin wytwarzaniem produktów o wielkości kilku nanometrów. W latach 80. termin ten był używany przez Erica C. Drexlera w jego książkach Engines of Creation: The Coming Era of Nanotechnology and Nanosystems: Molecular Machinery, Manufacturing and Computation.

Co może zrobić nanotechnologia?

Oto tylko kilka obszarów, w których nanotechnologia obiecuje przełom:

Medycyna

Nanoczujniki zapewnią postęp we wczesnej diagnostyce chorób. Zwiększy to szanse na wyzdrowienie. Możemy pokonać raka i inne choroby. Stare leki na raka niszczyły nie tylko komórki chore, ale także zdrowe. Za pomocą nanotechnologii lek zostanie dostarczony bezpośrednio do chorej komórki.

Nanotechnologie DNA- wykorzystywać specyficzne zasady cząsteczek DNA i kwasów nukleinowych do tworzenia na ich podstawie jasno określonych struktur. Przemysłowa synteza cząsteczek leków i preparatów farmakologicznych o ściśle określonym kształcie (bis-peptydy).

Na początku 2000 roku, dzięki szybkiemu postępowi w technologii wytwarzania nanocząstek, nadano impuls do rozwoju nowej dziedziny nanotechnologii - nanoplazmonika. Okazało się, że możliwe jest przesyłanie promieniowania elektromagnetycznego wzdłuż łańcucha nanocząstek metalu poprzez wzbudzanie oscylacji plazmonów.

Budynek

Nanoczujniki konstrukcji budowlanych będą monitorować ich wytrzymałość, wykrywać wszelkie zagrożenia integralności. Obiekty zbudowane przy użyciu nanotechnologii mogą wytrzymać do pięciu razy dłużej niż nowoczesne konstrukcje. Domy dostosują się do potrzeb mieszkańców, zapewniając im chłód latem i ciepło zimą.

Energia

Będziemy mniej zależni od ropy i gazu. Nowoczesne panele słoneczne mają sprawność około 20%. Dzięki zastosowaniu nanotechnologii może urosnąć 2-3 razy. Cienkie nanofilmy na dachu i ścianach mogą dostarczać energię do całego domu (jeśli oczywiście jest wystarczająco dużo słońca).

Inżynieria mechaniczna

Cały nieporęczny sprzęt zostanie zastąpiony robotami - urządzeniami łatwo kontrolowanymi. Będą w stanie tworzyć dowolne mechanizmy na poziomie atomów i molekuł. Do produkcji maszyn zostaną wykorzystane nowe nanomateriały, które mogą zmniejszyć tarcie, chronić części przed uszkodzeniem i oszczędzać energię. Są to dalekie od wszystkich dziedzin, w których nanotechnologie mogą (i będą!) mieć zastosowanie. Naukowcy uważają, że pojawienie się nanotechnologii jest początkiem nowej rewolucji naukowej i technologicznej, która znacznie zmieni świat w XXI wieku. Warto jednak zauważyć, że nanotechnologie nie wchodzą do rzeczywistej praktyki bardzo szybko. Niewiele urządzeń (głównie elektronika) współpracuje „z nano”. Wynika to częściowo z wysokich kosztów nanotechnologii i niezbyt wysokiego zwrotu z produktów nanotechnologicznych.

Prawdopodobnie w niedalekiej przyszłości za pomocą nanotechnologii powstaną nowoczesne, mobilne, łatwo sterowane urządzenia, które z powodzeniem zastąpią dzisiejsze zautomatyzowane, ale trudne w zarządzaniu i nieporęczne urządzenia. I tak np. z czasem sterowane komputerowo bioroboty będą mogły pełnić funkcje obecnych, nieporęcznych przepompowni.

• komputer DNA- system obliczeniowy wykorzystujący możliwości obliczeniowe cząsteczek DNA. Obliczenia biomolekularne to zbiorowa nazwa dla różnych technik związanych w taki czy inny sposób z DNA lub RNA. W obliczeniach DNA dane nie są przedstawiane w postaci zer i jedynek, ale w postaci struktury molekularnej zbudowanej na podstawie helisy DNA. Rolę oprogramowania do odczytu, kopiowania i zarządzania danymi spełniają specjalne enzymy.
• Mikroskop sił atomowych– mikroskop z sondą skanującą o wysokiej rozdzielczości, oparty na interakcji igły (sonda) wspornika z powierzchnią badanej próbki. W przeciwieństwie do skaningowego mikroskopu tunelowego (STM), może badać zarówno powierzchnie przewodzące, jak i nieprzewodzące, nawet przez warstwę cieczy, co umożliwia pracę z cząsteczkami organicznymi (DNA). Rozdzielczość przestrzenna mikroskopu sił atomowych zależy od wielkości wspornika i krzywizny jego końcówki. Rozdzielczość sięga atomu w poziomie i znacznie przekracza ją w pionie.
• Oscylator anteny- 9 lutego 2005 roku w laboratorium Uniwersytetu w Bostonie uzyskano antenę oscylatora o wielkości około 1 mikrona. To urządzenie ma 5000 milionów atomów i jest w stanie oscylować z częstotliwością 1,49 gigaherca, co pozwala na przesyłanie za jego pomocą ogromnych ilości informacji.

10 nanotechnologii o niesamowitym potencjale

Spróbuj sobie przypomnieć jakiś kanoniczny wynalazek. Prawdopodobnie ktoś teraz wyobraził sobie koło, komuś samolot, a komuś iPoda. A ilu z Was myślało o wynalezieniu zupełnie nowej generacji – nanotechnologii? Ten świat jest mało znany, ale ma niesamowity potencjał, który może dać nam naprawdę fantastyczne rzeczy. Zdumiewające jest to, że kierunek nanotechnologii nie istniał aż do 1975 roku, mimo że naukowcy rozpoczęli prace w tym obszarze znacznie wcześniej.

Ludzkie oko jest w stanie rozpoznać obiekty o wielkości do 0,1 mm. Dziś porozmawiamy o dziesięciu wynalazkach, które są 100 000 razy mniejsze.

Ciekły metal przewodzący elektrycznie

Za pomocą elektryczności prosty ciekły stop galu, irydu i cyny można uformować w skomplikowane kształty lub kręgi wiatru wewnątrz szalki Petriego. Z pewnym prawdopodobieństwem można powiedzieć, że z tego materiału powstał słynny cyborg z serii T-1000, którego mogliśmy zobaczyć w Terminatorze 2.

„Miękki stop zachowuje się jak inteligentna forma, zdolna do samoodkształcenia, jeśli to konieczne, biorąc pod uwagę zmieniającą się otaczającą przestrzeń, przez którą się porusza. Tak jak mógłby zrobić cyborg z popularnego filmu science-fiction ”- mówi Jin Li z Tsinghua University, jeden z badaczy zaangażowanych w ten projekt.

Metal ten jest biomimetyczny, to znaczy naśladuje reakcje biochemiczne, chociaż sam nie jest substancją biologiczną.

Ten metal może być kontrolowany przez wyładowania elektryczne. Jednak on sam jest w stanie poruszać się samodzielnie, dzięki powstającej nierównowadze obciążenia, która jest tworzona przez różnicę ciśnień między przodem i tyłem każdej kropli tego stopu metalu. I chociaż naukowcy uważają, że proces ten może być kluczem do zamiany energii chemicznej na energię mechaniczną, w najbliższej przyszłości materiał molekularny nie zostanie wykorzystany do budowy złych cyborgów. Cały proces „magii” może odbywać się tylko w roztworze wodorotlenku sodu lub roztworze soli.

Nanoplasty

Naukowcy z University of York pracują nad stworzeniem specjalnych plastrów, które zostaną zaprojektowane tak, aby dostarczać do organizmu wszystkie niezbędne leki bez użycia igieł i strzykawek. Plastry o dość normalnej wielkości przykleja się do dłoni, dostarczając do organizmu określoną dawkę nanocząsteczek leku (na tyle małych, aby przeniknąć przez mieszki włosowe). Nanocząsteczki (każda o wielkości poniżej 20 nanometrów) same znajdą szkodliwe komórki, zabiją je i zostaną usunięte z organizmu wraz z innymi komórkami w wyniku naturalnych procesów.

Naukowcy zauważają, że w przyszłości takie nanoplastiki będą mogły zostać wykorzystane w walce z jedną z najstraszniejszych chorób na Ziemi - rakiem. W przeciwieństwie do chemioterapii, która w takich przypadkach jest najczęściej integralną częścią leczenia, nanoplaster będzie w stanie samodzielnie znaleźć i zniszczyć komórki rakowe, pozostawiając zdrowe komórki w stanie nienaruszonym. Projekt nanopatch został nazwany NanJect. Tworzą go Atif Syed i Zakaria Hussain, którzy w 2013 roku, jeszcze jako studenci, otrzymali niezbędny sponsoring w ramach zbiórki funduszy crowdsourcingowej.

Nanofiltr do wody

Kiedy ta folia jest używana w połączeniu z cienką siatką ze stali nierdzewnej, olej jest odpychany, a woda w okolicy staje się nieskazitelna.

Co ciekawe, sama natura zainspirowała naukowców do stworzenia nanofilmu. Liście lotosu, znane również jako lilie wodne, mają przeciwieństwo nanofilmów: zamiast oleju odpychają wodę. To nie pierwszy raz, kiedy naukowcy zerkają na te niesamowite rośliny, nie są mniej niesamowite właściwości. Efektem tego było na przykład stworzenie w 2003 roku materiałów superhydrofobowych. Jeśli chodzi o nanofilm, naukowcy starają się stworzyć materiał imitujący powierzchnię lilii wodnych i wzbogacić go cząsteczkami specjalnego środka czyszczącego. Sama powłoka jest niewidoczna dla ludzkiego oka. Produkcja będzie niedroga: około 1 dolara za metr kwadratowy.

Podwodny oczyszczacz powietrza

Jest mało prawdopodobne, aby ktokolwiek myślał o tym, jakim powietrzem muszą oddychać załogi okrętów podwodnych, z wyjątkiem samych członków załogi. Tymczasem oczyszczanie powietrza z dwutlenku węgla należy przeprowadzić natychmiast, gdyż w jednym rejsie przez lekkie załogi łodzi podwodnej to samo powietrze musi przejść setki razy. Aby oczyścić powietrze z dwutlenek węgla stosuje się aminy, które mają bardzo nieprzyjemny zapach. Aby rozwiązać ten problem, stworzono technologię czyszczenia o nazwie SAMMS (akronim od Self-Assembled Monolayers on Mesoporous Supports). Proponuje zastosowanie specjalnych nanocząstek umieszczonych wewnątrz ceramicznych granulek. Substancja ma porowatą strukturę, dzięki czemu pochłania nadmiar dwutlenku węgla. Różne rodzaje środków czyszczących SAMMS wchodzą w interakcje z różnymi cząsteczkami powietrza, wody i ziemi, ale wszystkie te opcje czyszczenia są niezwykle skuteczne. Wystarczy jedna łyżka stołowa tych porowatych ceramicznych granulek, aby wyczyścić powierzchnię równą jednemu boisku piłkarskiemu.

Nanoprzewodniki

Badacze Uniwersytet Północno-Zachodni(USA) zorientowali się, jak stworzyć przewodnik elektryczny w nanoskali. Ten przewodnik to twarda i silna nanocząsteczka, którą można dostroić do transmisji prąd elektryczny w różnych przeciwnych kierunkach. Z badania wynika, że ​​każda taka nanocząstka jest w stanie naśladować działanie „prostownika, przełączników i diod”. Każda cząsteczka o grubości 5 nanometrów jest pokryta dodatnio naładowaną substancją chemiczną i otoczona ujemnie naładowanymi atomami. Zastosowanie wyładowania elektrycznego rekonfiguruje ujemnie naładowane atomy wokół nanocząstek.

Potencjał technologii, zdaniem naukowców, jest bezprecedensowy. Na jej podstawie można tworzyć materiały, które „są zdolne do samodzielnej zmiany dla określonych zadań obliczeniowych komputera”. Zastosowanie tego nanomateriału faktycznie „przeprogramuje” elektronikę przyszłości. Aktualizacje sprzętu będą tak proste, jak aktualizacje oprogramowania.

Ładowarka nanotechnologiczna

Kiedy ta rzecz zostanie utworzona, nie będziesz już musiał używać żadnych ładowarek przewodowych. Nowa nanotechnologia działa jak gąbka, tyle że pochłania niepłynność. Wysysa energię kinetyczną z otoczenia i przesyła ją bezpośrednio do smartfona. Podstawą technologii jest zastosowanie materiału piezoelektrycznego, który generuje energię elektryczną w stanie naprężenia mechanicznego. Materiał posiada nanoskopowe pory, które zamieniają go w elastyczną gąbkę.

Oficjalna nazwa tego urządzenia to "nanogenerator". Takie nanogeneratory mogą kiedyś stać się częścią każdego smartfona na świecie, częścią deski rozdzielczej każdego samochodu, a może nawet częścią każdej kieszeni odzieży – gadżety będą ładowane właśnie w nim. Ponadto technologia ma potencjał do zastosowania na większą skalę, na przykład w urządzeniach przemysłowych. Przynajmniej tak myślą naukowcy z University of Wisconsin-Madison, którzy stworzyli tę niesamowitą nanogąbkę.

sztuczna siatkówka

Izraelska firma Nano Retina opracowuje interfejs, który połączy się bezpośrednio z neuronami oka i przekaże wynik symulacji neuronowej do mózgu, zastępując siatkówkę i przywracając ludziom wzrok.

Eksperyment na ślepym kurczaku pokazał nadzieję na powodzenie projektu. Nanofilm pozwolił kurczakowi zobaczyć światło. To prawda, że ​​ostatni etap rozwoju sztucznej siatkówki w celu przywrócenia wzroku ludziom jest jeszcze daleko, ale postęp w tym kierunku nie może nie cieszyć. Nano Retina nie jest jedyną firmą zaangażowaną w tego typu rozwój, ale to ich technologia jest obecnie postrzegana jako najbardziej obiecująca, wydajna i adaptacyjna. Ostatni punkt jest najważniejszy, ponieważ mówimy o produkcie, który wkomponuje się w czyjeś oczy. Podobne osiągnięcia wykazały, że materiały stałe nie nadają się do takich zastosowań.

Ponieważ technologia jest rozwijana na poziomie nanotechnologicznym, eliminuje użycie metalu i drutów, a także unika się niskiej rozdzielczości symulowanego obrazu.

Świecące ubrania

Naukowcy z Szanghaju opracowali odblaskowe nici, które można wykorzystać do produkcji odzieży. Podstawą każdej nici jest bardzo cienki drut ze stali nierdzewnej, który pokryty jest specjalnymi nanocząsteczkami, warstwą polimeru elektroluminescencyjnego oraz ochronną osłoną z przezroczystych nanorurek. Rezultatem są bardzo lekkie i elastyczne nici, które mogą świecić pod wpływem własnej energii elektrochemicznej. Jednocześnie działają ze znacznie mniejszą mocą niż konwencjonalne diody LED.

Wada technologii polega na tym, że „rezerwa światła” nici wystarcza jeszcze tylko na kilka godzin. Jednak twórcy materiału optymistycznie wierzą, że będą w stanie zwiększyć „zasób” swojego produktu co najmniej tysiąc razy. Nawet jeśli im się to uda, rozwiązanie kolejnej wady wciąż pozostaje pod znakiem zapytania. Najprawdopodobniej niemożliwe będzie pranie ubrań opartych na takich nanonitkach.

Nanoigły do ​​odbudowy narządów wewnętrznych

Nanoplasty, o których mówiliśmy powyżej, zostały zaprojektowane specjalnie w celu zastąpienia igieł. A gdyby same igły miały tylko kilka nanometrów? W tym przypadku mogą zmienić nasze rozumienie chirurgii, a przynajmniej znacząco je poprawić.

Niedawno naukowcy przeprowadzili udane testy laboratoryjne na myszach. Za pomocą maleńkich igieł naukowcy byli w stanie wstrzykiwać kwasy nukleinowe organizmom gryzoni, które wspomagają regenerację narządów i komórek nerwowych, a tym samym przywracają utraconą wydajność. Kiedy igły spełnią swoją funkcję, pozostają w ciele i po kilku dniach całkowicie się w nim rozkładają. Jednocześnie naukowcy nie stwierdzili żadnych skutków ubocznych podczas operacji przywracania naczyń krwionośnych mięśni grzbietu gryzoni za pomocą tych specjalnych nanoigieł.

Jeśli weźmiemy pod uwagę przypadki u ludzi, to takie nanoigły można wykorzystać do dostarczenia niezbędnych środków do organizmu człowieka, np. przy przeszczepianiu narządów. Specjalne substancje przygotują otaczające tkanki wokół przeszczepionego narządu do szybkiego powrotu do zdrowia i eliminują możliwość odrzucenia.

Druk chemiczny 3D

Chemik z University of Illinois Martin Burke to prawdziwy Willy Wonka ze świata chemii. Korzystanie z kolekcji cząsteczek” materiał budowlany” do różnych celów, może tworzyć ogromną liczbę różnych chemikaliów, obdarzonych wszelkiego rodzaju „niesamowitymi i jednocześnie naturalnymi właściwościami”. Na przykład jedną z takich substancji jest ratanina, którą można znaleźć tylko w bardzo rzadkim peruwiańskim kwiecie.

Potencjał syntezy substancji jest tak ogromny, że pozwoli na produkcję molekuł wykorzystywanych w medycynie do tworzenia diod LED, ogniw słonecznych i pierwiastki chemiczne, którego synteza zajęła lata nawet najlepszym chemikom na świecie.

Możliwości obecnego prototypu trójwymiarowej drukarki chemicznej są nadal ograniczone. Może tylko tworzyć nowe leki. Burke ma jednak nadzieję, że pewnego dnia uda mu się stworzyć konsumencką wersję swojego niesamowitego urządzenia, które będzie miało znacznie większe możliwości. Całkiem możliwe, że w przyszłości takie drukarki będą pełnić rolę swoistych domowych farmaceutów.

Czy nanotechnologia stanowi zagrożenie dla zdrowia ludzkiego lub środowiska?

Niewiele jest informacji o negatywnym wpływie nanocząstek. W 2003 roku jedno badanie wykazało, że nanorurki węglowe mogą uszkadzać płuca myszy i szczurów. Badanie z 2004 r. wykazało, że fulereny mogą się kumulować i powodować uszkodzenia mózgu u ryb. Ale w obu badaniach stosowano duże dawki substancji w nietypowych warunkach. Zdaniem jednego z ekspertów, chemika Kristena Kulinowskiego (USA), „pożądane byłoby ograniczenie oddziaływania tych nanocząstek, mimo że obecnie nie ma informacji o ich zagrożeniu dla zdrowia człowieka”.

Niektórzy komentatorzy twierdzą również, że powszechne stosowanie nanotechnologii może prowadzić do zagrożeń społecznych i etycznych. Na przykład, jeśli zastosowanie nanotechnologii zapoczątkuje nową rewolucję przemysłową, doprowadzi do utraty miejsc pracy. Co więcej, nanotechnologie mogą zmienić wyobrażenie człowieka, ponieważ ich zastosowanie pomoże przedłużyć życie i znacznie zwiększy odporność organizmu. „Nikt nie może zaprzeczyć, że powszechne korzystanie z telefonów komórkowych i Internetu spowodowało ogromne zmiany w społeczeństwie” – mówi Kristen Kulinowski. „Kto ośmieli się powiedzieć, że nanotechnologia nie będzie miała większego wpływu na społeczeństwo w nadchodzących latach?”

Miejsce Rosji wśród krajów rozwijających i produkujących nanotechnologie

Światowymi liderami pod względem całkowitych inwestycji w dziedzinie nanotechnologii są kraje UE, Japonia i Stany Zjednoczone. W ostatnim czasie Rosja, Chiny, Brazylia i Indie znacząco zwiększyły inwestycje w tej branży. W Rosji wielkość finansowania w ramach programu „Rozwój infrastruktury nanoprzemysłu w Federacji Rosyjskiej na lata 2008-2010” wyniesie 27,7 mld rubli.

W najnowszym raporcie londyńskiej firmy badawczej Cientifica (2008) pt. stanów”.

W nanotechnologii są takie obszary, w których rosyjscy naukowcy stali się pierwszymi na świecie, uzyskując wyniki, które położyły podwaliny pod rozwój nowych trendów naukowych.

Wśród nich jest produkcja ultradrobnych nanomateriałów, projektowanie urządzeń jednoelektronowych, a także prace w dziedzinie sił atomowych i mikroskopii sond skanujących. Tylko na specjalnej wystawie zorganizowanej w ramach XII Forum Ekonomicznego w Petersburgu (2008 r.) zaprezentowano jednocześnie 80 konkretnych wydarzeń. Rosja już teraz produkuje szereg nanoproduktów, na które jest zapotrzebowanie na rynku: nanomembrany, nanoproszki, nanorurki. Jednak według ekspertów Rosja jest dziesięć lat za Stanami Zjednoczonymi i innymi krajami rozwiniętymi w komercjalizacji osiągnięć nanotechnologicznych.

Nanotechnologia w sztuce

Wiele prac amerykańskiej artystki Natashy Vita-Mor porusza tematykę nanotechnologiczną.

W sztuce współczesnej wyłonił się nowy kierunek „nanoart” (nanoart) – rodzaj sztuki związany z tworzeniem przez artystę rzeźb (kompozycji) o rozmiarach mikro i nano (odpowiednio 10-6 i 10-9 m). ) pod wpływem chemicznych lub fizycznych procesów obróbki materiałów, fotografowanie uzyskanych nanoobrazów za pomocą mikroskopu elektronowego oraz obróbka zdjęć czarno-białych w edytorze graficznym.

W szerokim słynna praca Rosyjski pisarz N. Leskov "Lefty" (1881) jest ciekawy fragment: "Gdyby - mówi - była lepsza mała luneta, która powiększa pięć milionów, to raczyłbyś - mówi - to zobaczyć na każdym widnieje nazwisko: który rosyjski mistrz wykonał tę podkowę. Wzrost o 5 000 000 razy zapewniają nowoczesne mikroskopy elektronowe i sił atomowych, które są uważane za główne narzędzia nanotechnologii. Tak więc bohatera literackiego Lefty'ego można uznać za pierwszego „nanotechnologa” w historii.

Pomysły przedstawione przez Feynmana w jego wykładzie z 1959 r. „Tam jest dużo miejsca na dole” na temat tworzenia i używania nanomanipulatorów pokrywają się niemal tekstowo z fantastyczną historią słynnego sowiecki pisarz Boris Zhitkov „Mikroręce”, opublikowany w 1931 r. Niektóre negatywne konsekwencje niekontrolowanego rozwoju nanotechnologii opisano w pracach M. Crichtona („Rój”), S. Lema („Kontrola na miejscu” i „Pokój na Ziemi”), S. Lukyanenko („Nic dzielić się").

Bohater powieści „Transman” Y. Nikitina jest szefem korporacji nanotechnologicznej i pierwszą osobą, która doświadczyła działania nanorobotów medycznych.

W serialach science fiction Stargate SG-1 i Stargate Atlantis jedną z najbardziej zaawansowanych technologicznie ras są dwie rasy „replikatorów”, które powstały w wyniku nieudanych eksperymentów z wykorzystaniem i opisem różnych zastosowań nanotechnologii. W filmie Dzień, w którym zatrzymała się ziemia z Keanu Reevesem, obca cywilizacja wydaje wyrok śmierci na ludzkość i niemal niszczy wszystko na planecie za pomocą samoreplikujących się nanoreplikantów żuków, pożerających wszystko na swojej drodze.

Żyjemy we współczesnym świecie medycyny, nauki i różnych technologii. I chyba każda osoba słyszała już, czym jest nanotechnologia i czym się zajmuje.
W ogólnym sensie nanotechnologia tworzy dowolne obiekty. Ale bynajmniej nie są zwyczajne, jak np. Twój stół czy łóżko. Powiedzmy po prostu – przedrostek „nano” to jedna z miliardowych części czegoś. Oznacza to, że w jednym nanometrze jest 0,000000001 metrów. Oznacza to, że jeśli wyobrazimy sobie całą Ziemię w nanometrach, będziemy bardzo zdziwieni, gdy dowiemy się, że będzie ona wielkości orzecha włoskiego.
Tak więc nanotechnologia zajmuje się tworzeniem nanoobiektów, operując pojedynczymi atomami i tworząc z nich określoną strukturę. W przyszłości wodoodporny T-shirt czy papier ognioodporny będą dla Ciebie i dla mnie czymś powszechnym dzięki nanotechnologii. Ale nawet teraz, na przykład, produkowane tranzystory, które w rzeczywistości są podstawą wszystkich chipów, są produkowane z dokładnością do 90 nanometrów. Całkiem niedawno przedstawiciele TM „Hewlett-Packet” poinformowali, że już niedługo nanotechnologia będzie w stanie zastąpić nowoczesne tradycyjne technologie tworzenia tranzystorów.
Nanotechnologie są wykorzystywane w różnych dziedzinach nauki i wszędzie towarzyszy im postęp. Na przykład w medycynie, jeśli przeprowadzasz diagnostykę na wczesna faza chorób, nanoczujniki pomogą zapewnić szybki powrót do zdrowia. Być może w ten sposób ludzkość będzie w stanie pokonać zarówno raka, jak i inne poważne choroby, ponieważ nanotechnologie pomogą lekowi natychmiast wniknąć do chorych komórek, a nie rozprzestrzenić się po całym organizmie.
Nanotechnologię można również wykorzystać w energetyce. Być może w przyszłości dzięki panelom słonecznym nie będziemy już zależni od gazu i ropy, bo dzięki nanotechnologii ich wydajność może wzrosnąć dokładnie od dwóch do trzech razy.
Nie można również nie wspomnieć o nanotechnologiach w takiej dziedzinie jak inżynieria mechaniczna. Rzeczywiście, w przyszłości za pomocą nanomateriałów będziemy w stanie zmniejszyć tarcie podczas jazdy samochodem i być może będziemy w stanie sprawić, że części będą działać znacznie dłużej niż obecnie.
Profesor N. Taniguchi jako pierwszy użył terminu „nanotechnologia” w swoim raporcie na Międzynarodowej Konferencji w Japonii w Tokio w 1974 roku.
Teraz bardzo często możemy znaleźć wiadomości, że naukowcy wynaleźli coś nowego przy użyciu nanotechnologii, na przykład najmniejszą nano-sieć, jednocząsteczkową łódź podwodną, ​​najciemniejszy materiał na ziemi lub nową formę węgla, strukturalnie silniejszą od diamentu. I tak już w 2004 roku Kodak wyprodukował dziewięciowarstwowy papier do drukarek Ultima, w którym wierzchnią warstwę tworzą nanocząsteczki ceramiczne, dzięki którym papier jest gruby, gładki i ma przyjemny połysk.
Również np. roztwór nanocząsteczek srebra ma silne działanie antyseptyczne. Tak więc, jeśli bandaż z takim roztworem srebra zostanie nałożony na ranę, zagoi się wielokrotnie szybciej niż na przykład przy użyciu konwencjonalnych środków antyseptycznych.
Przy tak szybkim tempie rozwoju nanotechnologii będziemy mogli intensywniej eksplorować kosmos, podwodne głębiny i ogólnie ułatwiać i uprzyjemniać codzienne życie. I może już niedługo, jak różne filmy o przyszłości, w naszą skórę zostaną wszczepione chipy, które nam w czymś pomogą; może nasza konwencjonalna technologia zostanie zastąpiona nanotechnologią; ludzie przestaną umierać na raka i podobne ciężkie choroby.
Nanotechnologia to okno na przyszłość, które naukowcy otwierają już dziś. Jesteśmy pewni, że w przyszłości to, co obecnie uważane jest za science fiction, wyda nam się całkiem zwyczajne.

Ministerstwo Edukacji i Nauki Federacji Rosyjskiej

Miejska instytucja edukacyjna

liceum - internat nr 1 gimnazjum (pełne)

edukacja ogólna w Tomsku

PRACA PISEMNA

w tym temacie: Nanotechnologia we współczesnym świecie

Wykonywane: Uczeń klasy 8A

Sachnenko Maria

Kierownik: Pakhorukova D.P.

Nauczyciel fizyki

Tomsk 2010

WPROWADZANIE

Obecnie niewiele osób wie, czym jest nanotechnologia, chociaż za tą nauką kryje się przyszłość. Głównym celem mojej pracy jest zapoznanie się z nanotechnologią. Chcę również poznać zastosowanie tej nauki w różnych gałęziach przemysłu i dowiedzieć się, czy nanotechnologia może być niebezpieczna dla ludzi.

Dziedzina nauki i technologii zwana nanotechnologią jest stosunkowo nowa. Perspektywy tej nauki są wspaniałe. Sama cząstka „nano” oznacza jedną miliardową wartości. Na przykład nanometr to jedna miliardowa metra. Te wymiary są podobne do wymiarów cząsteczek i atomów. Dokładna definicja nanotechnologii jest następująca: nanotechnologie to technologie, które manipulują materią na poziomie atomów i molekuł (dlatego nanotechnologie są również nazywane technologią molekularną). Impulsem do rozwoju nanotechnologii był wykład Richarda Feynmana, w którym naukowo udowadnia, że ​​z punktu widzenia fizyki nie ma przeszkód w tworzeniu rzeczy bezpośrednio z atomów. Aby wyznaczyć sposób wydajnej manipulacji atomami, wprowadzono koncepcję asemblera - molekularnej nanomaszyny, która może zbudować dowolną strukturę molekularną. Przykładem naturalnego asemblera jest rybosom, który syntetyzuje białko w żywych organizmach. Oczywiście nanotechnologia to nie tylko odrębna część wiedzy, to wielkoskalowy, kompleksowy obszar badań związanych z naukami podstawowymi. Można powiedzieć, że prawie każdy przedmiot, który jest nauczany w szkole, będzie w taki czy inny sposób związany z technologiami przyszłości. Najbardziej oczywisty jest związek „nano” z fizyką, chemią i biologią. Podobno to właśnie te nauki otrzymają największy impuls do rozwoju w związku ze zbliżającą się rewolucją nanotechniczną.

1. NANOTECHNOLOGIE WE WSPÓŁCZESNYM ŚWIECIE

1.1.Historia powstawania nanotechnologii

Za dziadka nanotechnologii można uznać greckiego filozofa Demokryta. Po raz pierwszy użył słowa „atom”, aby opisać najmniejszą cząsteczkę materii. Od ponad dwudziestu wieków ludzie próbują zgłębić tajemnicę budowy tej cząstki. Rozwiązanie tego nieznośnego dla wielu pokoleń fizyków zadania stało się możliwe w pierwszej połowie XX wieku po stworzeniu przez niemieckich fizyków Maxa Knolla i Ernsta Ruski mikroskopu elektronowego, który po raz pierwszy umożliwił badanie nanoobiektów.

Wiele źródeł, głównie w języku angielskim, łączy pierwszą wzmiankę o metodach, które później nazwano nanotechnologią, ze słynnym przemówieniem Richarda Feynmana „There's Plenty of Roo at the Bottom”, wygłoszonym przez niego w 1959 roku w California Institute of Technology na dorocznym spotkaniu Amerykańskie Towarzystwo Fizyczne. Richard Feynman zasugerował, że możliwe byłoby mechaniczne przemieszczanie pojedynczych atomów za pomocą manipulatora odpowiedniej wielkości, przynajmniej taki proces nie byłby sprzeczny ze znanymi dzisiaj prawami fizyki.

Zasugerował wykonanie tego manipulatora w następujący sposób. Konieczne jest zbudowanie mechanizmu, który stworzyłby własną kopię, tylko o rząd wielkości mniejszą. Stworzony mniejszy mechanizm musi ponownie stworzyć swoją kopię, znowu o rząd wielkości mniejszą i tak dalej, aż wymiary mechanizmu będą współmierne do wymiarów rzędu jednego atomu. Jednocześnie konieczne będzie dokonanie zmian w strukturze tego mechanizmu, gdyż siły grawitacji działające w makrokosmosie będą miały coraz mniejszy wpływ, a siły oddziaływań międzycząsteczkowych w coraz większym stopniu będą wpływać na działanie mechanizmu. Ostatni etap - powstały mechanizm złoży swoją kopię z poszczególnych atomów. W zasadzie ilość takich kopii jest nieograniczona, w krótkim czasie będzie można stworzyć dowolną ilość takich maszyn. Maszyny te będą mogły w ten sam sposób składać makroobiekty, poprzez montaż atom po atomie. To sprawi, że rzeczy będą o rząd wielkości tańsze – takie roboty (nanoroboty) będą musiały otrzymać tylko wymaganą liczbę cząsteczek i energię oraz napisać program, który złoży niezbędne elementy. Do tej pory nikomu nie udało się odrzucić tej możliwości, ale nikomu jeszcze nie udało się stworzyć takich mechanizmów. Fundamentalną wadą takiego robota jest niemożność stworzenia mechanizmu z jednego atomu.

Oto jak R. Feynman opisał zaproponowanego przez siebie manipulatora:

Myślę o tworzenie systemu sterowanego elektrycznie , który wykorzystuje „roboty serwisowe” wykonane w zwykły sposób w postaci kopii „ręki” operatora pomniejszonej czterokrotnie. Takie mikromechanizmy będą mogły z łatwością wykonywać operacje w zmniejszonej skali. Mowa o maleńkich robotach wyposażonych w serwomotory i małe „ramiona”, które potrafią obracać równie małymi śrubami i nakrętkami, wiercić bardzo małe otwory itp. Krótko mówiąc, będą w stanie wykonać całą pracę w skali 1:4. Aby to zrobić, musisz oczywiście najpierw wykonać niezbędne mechanizmy, narzędzia i ramiona manipulatora w jednej czwartej zwykłego rozmiaru (w rzeczywistości jasne jest, że oznacza to 16-krotne zmniejszenie wszystkich powierzchni styku). W ostatnim etapie urządzenia te będą wyposażone w serwomotory (z 16-krotną redukcją mocy) i podłączone do konwencjonalnego elektrycznego układu sterowania. Po tym czasie możliwe będzie 16-krotne zmniejszenie ramion manipulatora! Zakres takich mikrorobotów, a także mikromaszyn, może być dość szeroki - od operacji chirurgicznych po transport i przetwarzanie materiałów radioaktywnych. Mam nadzieję, że zasada proponowanego programu, a także nieoczekiwane problemy i genialne możliwości z nim związane, są jasne. Co więcej, można pomyśleć o możliwości dalszego znacznego zmniejszenia skali, co oczywiście będzie wymagało dalszych zmian strukturalnych i modyfikacji (swoją drogą, na pewnym etapie może być konieczne porzucenie „ręki” zwykłym kształcie), ale pozwoli na produkcję nowych, znacznie bardziej zaawansowanych urządzeń.opisany typ. Nic nie stoi na przeszkodzie, abyś kontynuował ten proces i stworzył tyle malutkich maszyn, ile chcesz, ponieważ nie ma żadnych ograniczeń związanych z rozmieszczeniem maszyn lub ich zużyciem materiału. Ich objętość zawsze będzie znacznie mniejsza niż objętość prototypu. Łatwo obliczyć, że łączna objętość 1 miliona obrabiarek zmniejszona 4000 razy (a co za tym idzie masa materiałów użytych do produkcji) będzie mniejsza niż 2% objętości i masy obrabiarki konwencjonalnej o normalnym rozmiarze. Oczywiste jest, że to natychmiast usuwa problem kosztów materiałów. W zasadzie można by zorganizować miliony identycznych miniaturowych fabryk, w których maleńkie maszyny bezustannie wierciłyby dziury, stemplowały części itp. W miarę zmniejszania się rozmiarów będziemy stale spotykać się z bardzo niezwykłymi zjawiskami fizycznymi. Wszystko, z czym spotykasz się w życiu, zależy od czynników o dużej skali. Ponadto pojawia się również problem „sklejania się” materiałów pod działaniem sił oddziaływań międzycząsteczkowych (tzw. sił van der Waalsa), co może prowadzić do efektów nietypowych dla skal makroskopowych. Na przykład nakrętka nie oddzieli się od śruby po odkręceniu, aw niektórych przypadkach „przyklei się” mocno do powierzchni itp. Istnieje kilka problemów fizycznych tego typu, o których należy pamiętać podczas projektowania i budowy mikroskopijnych mechanizmów.

1.2. Czym jest nanotechnologia

Nanotechnologie, które pojawiły się całkiem niedawno, coraz częściej wkraczają w dziedzinę badania naukowe a stamtąd do naszego codziennego życia. Rozwój naukowców coraz częściej dotyczy obiektów mikrokosmosu, atomów, molekuł, łańcuchów molekularnych. Sztucznie tworzone nanoobiekty nieustannie zaskakują badaczy swoimi właściwościami i obiecują najbardziej nieoczekiwane perspektywy ich zastosowania.

Podstawową jednostką miary w badaniach nanotechnologicznych jest nanometr – miliardowa część metra. W takich jednostkach mierzone są cząsteczki i wirusy, a teraz elementy chipów komputerowych nowej generacji. To w nanoskali zachodzą wszystkie podstawowe procesy fizyczne determinujące makrooddziaływania.

Sama natura skłania człowieka do pomysłu stworzenia nanoobiektów. Każda bakteria to tak naprawdę organizm składający się z nanomaszyn: DNA i RNA kopiują i przekazują informacje, rybosomy tworzą białka z aminokwasów, mitochondria wytwarzają energię. Oczywiście na tym etapie rozwoju nauki naukowcom przychodzi na myśl kopiowanie i ulepszanie tych zjawisk.

Wyobraź sobie: pijesz szklankę wody wypełnioną mikroskopijnymi robotami. Ich rozmiar jest tak mały, że nie da się ich zobaczyć. Jednak po ich wypiciu zaczną działać na organizm, gojąc rany i w razie potrzeby nakładając swego rodzaju „plasterki”. Nanometr to jedna milionowa metra. To jest skala, w jakiej działa nanotechnologia. Ich działalność nie ogranicza się konkretnie do dziedziny medycznej, wręcz przeciwnie, wchodzi w dziedzinę wysokich technologii, jednak rozwój nanotechnologii jest bardzo kosztowny, zarówno finansowo, jak i intelektualnie.

Zapewne każdy z nas marzył o tym w dzieciństwie. Cóż, najwyraźniej pamiętając marzenia z dzieciństwa, naukowcy opracowali prawdziwą sztuczną skórę, która może zmieniać kolor jak kameleon. Według naukowców taki wynalazek może być wykorzystany w kamuflażu oraz w rozwoju wielkoformatowych wyświetlaczy dynamicznych. Takie wieści pojawiają się okresowo w prasie. Czy tym razem jest naprawdę inaczej?

Pomimo całego szumu wokół niego, wszystkich jego właściwości i obietnic naukowców, możesz być zaskoczony faktem, że ten materiał wciąż nie jest szeroko stosowany. Jak się okazuje, nie jest to zaskakujące. Międzynarodowy zespół naukowców przeanalizował próbki grafenu produkowane przez 60 firm na całym świecie i doszedł do wniosku, że wszystkie z nich faktycznie zajmują się produkcją i sprzedażą nie ultracienkiego materiału węglowego, do wynalezienia którego jego twórcy otrzymali Nagrodę Nobla, ale ze zwykłych śmieci, które również sprzedają po wygórowanych cenach.