Nanotechnológie, ktoré používame v živote. „Nanotechnológie v modernom svete

Markin Kirill Petrovič

Oblasť vedy a techniky nazývaná nanotechnológia sa objavila pomerne nedávno. Vyhliadky tejto vedy sú obrovské. Samotná častica „nano“ znamená jednu miliardtinu akejkoľvek hodnoty. Napríklad nanometer je jedna miliardtina metra. Tieto veľkosti sú podobné veľkostiam molekúl a atómov. Presná definícia nanotechnológie je nasledovná: nanotechnológie sú technológie, ktoré manipulujú s hmotou na úrovni atómov a molekúl (preto sa nanotechnológia nazýva aj molekulárna technológia). Impulzom pre rozvoj nanotechnológie bola prednáška Richarda Feynmana, v ktorej vedecky dokazuje, že z hľadiska fyziky neexistujú žiadne prekážky pri vytváraní vecí priamo z atómov. Na označenie prostriedku na efektívnu manipuláciu s atómami bol predstavený koncept assembleru – molekulárneho nanostroja, ktorý dokáže postaviť akúkoľvek molekulárnu štruktúru. Príkladom prirodzeného zostavovateľa je ribozóm, ktorý syntetizuje proteín v živých organizmoch. Je zrejmé, že nanotechnológia nie je len samostatným poznatkom; je to rozsiahla a komplexná oblasť výskumu súvisiaca so základnými vedami. Dá sa povedať, že takmer každý predmet, z tých, ktoré sa študujú v škole, bude tak či onak spojený s technológiami budúcnosti. Najzrejmejšie je spojenie „nano“ s fyzikou, chémiou a biológiou. Zrejme práve tieto vedy dostanú najväčší impulz pre rozvoj v súvislosti s blížiacou sa nanotechnickou revolúciou.

Stiahnuť ▼:

Náhľad:

Mestská rozpočtová vzdelávacia inštitúcia

„Stredná škola č. 2 pomenovaná po A.A. Arakantsev, Semikarakorsk

Úvod ……………………………………………………………………… ..
1. Nanotechnológia v modernom svete………………………………...
1.1 História vzniku nanotechnológie ………………………… ...
1.2 Nanotechnológie v rôznych sférach ľudského života….
1.2.1 Nanotechnológia vo vesmíre …………………………………………
1.2.2 Nanotechnológia v medicíne ………………………………………….
1.2.3 Nanotechnológia v potravinárskom priemysle ………………… ...
1.2.4 Nanotechnológia vo vojenských záležitostiach ………………………………… ..
Záver……………………………………………………………………….
Bibliografia………………………………………………………………………. ...

Úvod.

V súčasnosti málokto vie, čo je nanotechnológia, aj keď budúcnosť je za touto vedou.

Účel práce:

Zistite, čo je nanotechnológia;

Zistite uplatnenie tejto vedy v rôznych oblastiach;

Zistite, či môže byť nanotechnológia nebezpečná pre ľudí.

Dnes môžeme využívať výhody a nové príležitostinano technológie v:

medicína vrátane letectva;
farmakológia;
geriatria;
ochrana zdravia národa tvárou v tvár rastúcej environmentálnej kríze a katastrofám spôsobeným ľudskou činnosťou;
globálne počítačové siete a informačné komunikácie založené na nových fyzikálnych princípoch;
komunikačné systémy na veľmi dlhé vzdialenosti;
Automobilové, traktorové a letecké zariadenia;
bezpečnosť cestnej premávky;
informačné bezpečnostné systémy;
riešenie environmentálnych problémov megalopolisov;
poľnohospodárstvo;
riešenie problémov zásobovania pitnou vodou a čistenia odpadových vôd;
zásadne nové navigačné systémy;
obnova prírodných minerálnych a uhľovodíkových surovín.

Rozhodli sme sa zamerať na aplikáciu nanotechnológií v medicíne, potravinárstve, armáde a vesmíre, keďže tieto oblasti v nás vzbudili záujem.

1. Nanotechnológie v modernom svete.

1.1 História vzniku nanotechnológií.

Veda „Nanotechnológia Som" vznikla v dôsledku revolučných zmien v informatike!

V roku 1947 bol vynájdený tranzistor, po ktorom začala éra rozkvetu polovodičovej techniky, v ktorej sa veľkosť vytvorených kremíkových zariadení neustále zmenšovala.Termín "nanotechnológia"v roku 1974 navrhol Japonec Noryo Taniguchi opísať proces konštrukcie nových predmetov a materiálov manipuláciou s jednotlivými atómami. Názov pochádza zo slova „nanometer“ – jedna miliardtina metra (10-9 m).

V modernom zmysle je nanotechnológia technológiou výroby supermikroskopických štruktúr z najmenších častíc hmoty, ktorá kombinuje všetky technické procesy priamo súvisiace s atómami a molekulami.

Moderná nanotechnológia má pomerne hlbokú historickú stopu. Archeologické nálezy svedčia o existencii koloidných formulácií v starovekom svete, napríklad „čínsky atrament“ v starovekom Egypte. Slávna damašková oceľ bola vyrobená vďaka prítomnosti nanorúriek v nej.

Za otca myšlienky nanotechnológie možno podmienečne považovať gréckeho filozofa Demokrita okolo roku 400 pred Kristom. éry prvýkrát použil slovo „atóm“, ktoré v gréčtine znamená „nerozbitný“, na označenie najmenšej častice hmoty.

Tu je hrubá cesta vývoja:

1905 rok. Švajčiarsky fyzik Albert Einstein publikoval článok, v ktorom tvrdil, že veľkosť molekuly cukru je asi 1 nanometer.
1931 rok. Nemeckí fyzici Max Knoll a Ernst Ruska vytvorili elektrónový mikroskop, ktorý po prvý raz umožnil študovať nanoobjekty.
1934 rok. Americký teoretický fyzik, laureát Nobelovej ceny Eugene Wigner teoreticky zdôvodnil možnosť vytvorenia ultradispergovaného kovu s dostatočne malým počtom vodivých elektrónov.
1951 rok. John von Neumann vyzdvihol princípy samokopírovacích strojov, vedci ich možnosť vo všeobecnosti potvrdili.
V roku 1953 Watson a Crick opísali štruktúru DNA, ktorá ukázala, ako živé predmety prenášajú pokyny, ktoré riadia ich konštrukciu.
1959 rok. Americký fyzik Richard Feynman prvýkrát publikoval článok, ktorý hodnotil vyhliadky na miniaturizáciu. kandidát na Nobelovu cenu R. Feynman napísal vetu, ktorá je dnes vnímaná ako proroctvo: "Pokiaľ vidím, princípy fyziky nezakazujú manipuláciu s jednotlivými atómami." Táto myšlienka zaznela, keď ešte nebol uskutočnený začiatok postindustriálnej éry; v tých rokoch neexistovali integrované obvody, mikroprocesory, osobné počítače.
1974 rok. Japonský fyzik Norio Taniguchi uviedol do vedeckého obehu slovo „nanotechnológia“, ktoré navrhol na pomenovanie mechanizmov s veľkosťou menšou ako jeden mikrón. Grécke slovo pre „drift“ znamená zhruba „starý muž“.
1981 rok. Glater ako prvý upozornil na možnosť vytvárania materiálov s unikátnymi vlastnosťami, ktorých štruktúru predstavujú kryštality v rozsahu nanometrov.

27. marca 1981 rozhlasové spravodajstvo CBS citovalo vedca z NASA, ktorý povedal, že inžinieri budú schopní postaviť samoreplikujúcich robotov do dvadsiatich rokov na použitie vo vesmíre alebo na Zemi. Tieto stroje by vytvárali svoje kópie a kópie by mohli dostať pokyn na vytváranie užitočných produktov.
1982 G. Bining a G. Rohrer vytvorili prvý skenovací tunelový mikroskop.
1985 rok. Americkí fyzici Robert Curl, Harold Kroto a Richard Smaley vytvorili technológiu, ktorá dokáže presne merať objekty s priemerom jedného nanometra.
1986 rok. Nanotechnológie sa dostali do povedomia širokej verejnosti. Americký vedec Eric Drexler vydal knihu „Creation Machines: The Coming of the Era of Nanotechnology“, v ktorej predpovedal, že nanotechnológia sa čoskoro začne aktívne rozvíjať.
1991, Houston (USA), Katedra chémie, Rais University. Vo svojom laboratóriu Dr. R. Smoly (laureát Nobelovej ceny za rok 1996) pomocou laserom odpareného grafitu vo vákuu, ktorého plynná fáza pozostávala z pomerne veľkých krustov: každá so 60 atómami uhlíka. Zhluk 60 atómov je stabilnejší, pretože má zvýšené množstvo voľnej energie. Tento klaster je štrukturálny útvar podobný futbalovej lopte a navrhol nazvať túto molekulu fullerénom.
V roku 1991 prvýkrát objavil Sumio Ijima, zamestnanec laboratória NEC v Japonsku uhlíkové nanorúrky, ktorú predtým predpovedali niekoľko mesiacov predtým ruský fyzik L. Černozatonskij a Američan J. Mintmere.
1995 rok. V L.Ya. Karpov vyvinul senzor na báze filmového nanokompozitu, ktorý deteguje rôzne látky v atmosfére (amoniak, alkohol, vodnú paru).
1997 rok. Richard E. Smoley, nositeľ Nobelovej ceny za chémiu z roku 1996 a profesor chémie a fyziky, predpovedal zostavenie atómov do roku 2000 a v tom čase predpovedal objavenie sa prvých komerčných nanoproduktov. Táto predpoveď sa splnila v predpovedaný dátum.
1998 rok. experimentálne bola potvrdená závislosť elektrických vlastností nanorúrok od geometrických parametrov.
1998 rok. Holandský fyzik Sees Dekker vytvoril tranzistor založený na nanotechnológii.
1998 rok. Tempo rozvoja nanotechnológií začalo prudko rásť. Japonsko označilo nanotechnológiu za pravdepodobnú technologickú kategóriu pre 21. storočie.
1999 rok. Americkí fyzici James Tour a Mark Reed zistili, že jedna molekula sa môže správať rovnako ako molekulové reťazce.
rok 2000. Výskumná skupina Hewlett-Packard vytvorila prepínačovú molekulu alebo minimikrodiódu pomocou najnovších nanotechnologických metód samo-zostavenia.

rok 2000. Začiatok éry hybridnej nanoelektroniky.
rok 2002. S. Decker skombinoval nanorúrku s DNA, čím získal jediný nanomechanizmus.
rok 2003. Japonskí vedci ako prví na svete vytvorili polovodičové zariadenie, ktoré implementuje jeden z dvoch základných prvkov potrebných na vytvorenie kvantového počítača. rok 2004. Bol predstavený „prvý na svete“ kvantový počítač

Vláda Ruskej federácie schválila 7. septembra 2006 koncepciu Federálneho cieľového programu rozvoja nanotechnológií na roky 2007-2010.

Teda Nanotechnológia, ktorá sa historicky sformovala až do súčasnosti, dobyla teoretickú oblasť verejného vedomia a naďalej preniká do svojej každodennej vrstvy.

Nanotechnológie by sa však nemali redukovať len na lokálny revolučný prelom v týchto oblastiach (elektronika, informačné technológie). V nanotechnológii sa už dosiahlo množstvo mimoriadne dôležitých výsledkov, ktoré umožňujú dúfať vo výrazný pokrok v rozvoji mnohých ďalších oblastí vedy a techniky (medicína a biológia, chémia, ekológia, energetika, mechanika atď.). Napríklad pri prechode na rozsah nanometrov (t. j. na predmety s charakteristickou dĺžkou približne 10 nm) sa mnohé z najdôležitejších vlastností látok a materiálov výrazne menia. Hovoríme o takých dôležitých charakteristikách, ako je elektrická vodivosť, optický index lomu, magnetické vlastnosti, pevnosť, tepelná odolnosť atď. Na základe materiálov s už vznikajú nové typy solárnych článkov, meniče energie, produkty šetrné k životnému prostrediu atď. s novými vlastnosťami.Je možné, že práve výroba lacných, energeticky úsporných a ekologických materiálov sa stane najdôležitejším dôsledkom zavádzania nanotechnológií.Boli už vytvorené vysoko citlivé biologické senzory (senzory) a ďalšie zariadenia, ktoré umožňujú hovoriť o vzniku novej vedy nanobiotechnológie a majú veľké predpoklady na praktické uplatnenie. Nanotechnológia ponúka nové možnosti mikroobrábania materiálov a vytváranie nových výrobných procesov a nových produktov na tejto báze, ktoré by mali mať revolučný dopad na ekonomický a spoločenský život budúcich generácií.

1.2. Nanotechnológie v rôznych oblastiach ľudského života

Prienik nanotechnológií do sféry ľudskej činnosti možno znázorniť ako strom nanotechnológie. Aplikácia je vo forme stromu, ktorého vetvy predstavujú hlavné oblasti použitia a vetvy veľkých vetiev predstavujú diferenciáciu v rámci hlavných oblastí použitia v danom časovom bode.

Dnes (2000 - 2010) je nasledujúci obrázok:

biologické vedy zahŕňajú vývoj technológie označovania génov, povrchov pre implantáty, antimikrobiálnych povrchov, cielených liekov, tkanivového inžinierstva a onkologickej terapie.
jednoduché vlákna znamenajú vývoj technológie papiera, lacných stavebných materiálov, ľahkých dosiek, automobilových súčiastok a odolných materiálov.
nanoklipy zahŕňajú výrobu nových tkanín, sklenených povlakov, inteligentných pieskov, papiera, uhlíkových vlákien.
ochrana proti korózii pomocou nanoaditív do medi, hliníka, horčíka, ocele.
katalyzátory sú určené na použitie v poľnohospodárstve, na dezodoráciu a výrobu potravín.
Ľahko čistiteľné materiály sa používajú v každodennom živote, architektúre, mliekarenskom a potravinárskom priemysle, doprave a sanitácii. Ide o výrobu samočistiacich skiel, nemocničných zariadení a nástrojov, protiplesňových náterov, ľahko čistiteľnej keramiky.
Biopovlaky sa používajú v športových zariadeniach a ložiskách.
Optika ako oblasť aplikácie nanotechnológie zahŕňa také oblasti ako elektrochromika, výroba optických šošoviek. Ide o novú fotochromatickú optiku, ľahko čistiteľnú optiku a potiahnutú optiku.
Keramika v oblasti aplikácie nanotechnológií umožňuje získať elektroluminiscenciu a fotoluminiscenciu, tlačiarenské pasty, pigmenty, nanoprášky, mikročastice, membrány.
Výpočtová technika a elektronika ako oblasť aplikácie nanotechnológie umožní rozvoj elektroniky, nanosenzorov, domácich (embedded) mikropočítačov, vizualizácií a meničov energie. Ďalej je to rozvoj globálnych sietí, bezdrôtovej komunikácie, kvantových a DNA počítačov.
Nanomedicína, ako oblasť aplikácie nanotechnológie, sú nanomateriály pre protetiku, „inteligentné“ protézy, nanokapsuly, diagnostické nanosondy, implantáty, rekonštruktory a analyzátory DNA, „inteligentné“ a presné prístroje, cielené liečivá.
Vesmír ako oblasť aplikácie nanotechnológie otvorí perspektívy pre mechanoelektrické konvertory slnečnej energie, nanomateriály pre vesmírne aplikácie.
Ekológia ako oblasť použitia nanotechnológií je obnova ozónovej vrstvy, kontrola počasia.

1.2.1 Nanotechnológia vo vesmíre

Vo vesmíre zúri revolúcia. Začali vytvárať satelity a nanozariadenia do 20 kilogramov.

Bol vytvorený systém mikrosatelitov, ktorý je menej náchylný na pokusy o jeho zničenie. Jedna vec je zostreliť na obežnej dráhe kolos s hmotnosťou niekoľko stoviek kilogramov alebo dokonca ton, čím sa okamžite vyradí všetka vesmírna komunikácia či prieskum, a druhá vec je, keď je na obežnej dráhe celý roj mikrosatelitov. Vypnutie jedného z nich v tomto prípade nenaruší fungovanie systému ako celku. V súlade s tým je možné znížiť požiadavky na prevádzkovú spoľahlivosť každého satelitu.

Mladí vedci sa domnievajú, že ku kľúčovým problémom mikrominiaturizácie družíc treba pripísať okrem iného aj vytváranie nových technológií v oblasti optiky, komunikačných systémov, spôsobov prenosu, príjmu a spracovania veľkého množstva informácií. Hovoríme o nanotechnológii a nanomateriáloch, ktoré dokážu o dva rády znížiť hmotnosť a rozmery zariadení vypustených do vesmíru. Napríklad sila nanoniklu je 6-krát vyššia ako sila obyčajného niklu, čo umožňuje pri použití v raketových motoroch znížiť hmotnosť dýzy o 20-30%.Zníženie množstva kozmických technológií rieši mnohé problémy: predlžuje dobu prítomnosti kozmickej lode vo vesmíre, umožňuje jej lietať ďalej a odnášať užitočnejšie vybavenie na vykonávanie výskumu. Zároveň sa rieši problém zásobovania energiou. Miniatúrne zariadenia sa čoskoro začnú používať na štúdium mnohých javov, napríklad vplyvu slnečného žiarenia na procesy na Zemi a v blízkozemskom priestore.

Vesmír dnes nie je exotický a jeho objavovanie nie je len otázkou prestíže. V prvom rade je to otázka Národná bezpečnosť a národnej konkurencieschopnosti nášho štátu. Práve vývoj superkomplexných nanosystémov sa môže stať národnou výhodou krajiny. Podobne ako nanotechnológia, aj nanomateriály nám poskytnú príležitosť vážne hovoriť o pilotovaných letoch na rôzne planéty slnečnej sústavy. Práve využitie nanomateriálov a nanomechanizmov môže urobiť z pilotovaných letov na Mars a prieskumu mesačného povrchu realitu.Ďalším veľmi žiadaným smerom vo vývoji mikrosatelitov je vytvorenie diaľkového prieskumu Zeme (ERS). Začal sa vytvárať trh pre spotrebiteľov informácií s rozlíšením vesmírnych obrazov 1 m v dosahu radaru a menej ako 1 m v optickom dosahu (takéto údaje sa využívajú predovšetkým v kartografii).

1.2.2 Nanotechnológia v medicíne

Nedávne pokroky v nanotechnológii by podľa vedcov mohli byť veľmi nápomocné v boji proti rakovine. Protirakovinové liečivo bolo vyvinuté priamo na cieľ – na bunky postihnuté zhubným nádorom. Nový systém založený na materiáli známom ako biosilikón. Nanosilikón má poréznu štruktúru (priemer desať atómov), do ktorej je vhodné zabudovať liečivá, proteíny a rádionuklidy. Po dosiahnutí cieľa sa biosilikón začne rozpadať a liečivá, ktoré sa k nemu dostanú, začnú pôsobiť. Okrem toho vám podľa vývojárov nový systém umožňuje regulovať dávkovanie lieku.

Cez v posledných rokoch pracovníci Centra pre biologické nanotechnológie pracujú na vytvorení mikrosenzorov, ktoré budú slúžiť na detekciu rakovinových buniek v tele a boj proti tejto hroznej chorobe.

Nová technika na rozpoznávanie rakovinových buniek je založená na implantovaní drobných guľovitých rezervoárov vyrobených zo syntetických polymérov nazývaných dendriméry (z gréckeho dendron - strom) do ľudského tela. Tieto polyméry boli syntetizované v poslednom desaťročí a majú zásadne novú, neintegrálnu štruktúru, ktorá sa podobá štruktúre koralov alebo dreva. Takéto polyméry sa nazývajú hyperrozvetvené alebo kaskádové. Tie z nich, v ktorých je vetvenie pravidelné, sa nazývajú dendriméry. V priemere každá takáto guľa alebo nanosenzor dosahuje iba 5 nanometrov - 5 miliardtín metra, čo umožňuje umiestniť miliardy takýchto nanosenzorov na malú oblasť priestoru.

Keď sa tieto drobné senzory dostanú do tela, preniknú do lymfocytov – bielych krviniek, ktoré poskytujú telu obranu proti infekcii a iným choroboplodným faktorom. S imunitnou odpoveďou lymfoidných buniek na určité ochorenie alebo podmienky prostredia - napríklad prechladnutie alebo vystavenie žiareniu - proteínová štruktúra bunky sa menia. Každý nanosenzor potiahnutý špeciálnymi chemickými činidlami začne takýmito zmenami žiariť.

Aby vedci videli túto žiaru, vytvoria špeciálne zariadenie, ktoré skenuje sietnicu oka. Laser takéhoto zariadenia by mal detekovať žiaru lymfocytov, keď jeden po druhom prechádzajú úzkymi kapilárami fundusu. Ak je v lymfocytoch dostatok označených senzorov, bude trvať 15-sekundové skenovanie, aby sa zistilo poškodenie buniek, tvrdia vedci.

Tu sa očakáva najväčší vplyv nanotechnológií, keďže ovplyvňuje samotný základ existencie spoločnosti – človeka. Nanotechnológia dosahuje takú dimenzionálnu úroveň fyzického sveta, pri ktorej sa rozdiel medzi živým a neživým stáva nestabilným - to sú molekulárne stroje. Aj vírus možno čiastočne považovať za živý systém, keďže obsahuje informácie o jeho konštrukcii. Ale ribozóm, hoci pozostáva z rovnakých atómov ako všetka organická hmota, takúto informáciu neobsahuje, a preto je len organickým molekulárnym strojom. Nanotechnológia vo svojej pokročilej forme zahŕňa konštrukciu nanorobotov, molekulárnych strojov s anorganickým atómovým zložením, tieto stroje budú schopné vytvárať kópie samých seba, pričom majú informácie o takejto štruktúre. Preto sa začína stierať hranica medzi živým a neživým. Dodnes bol vytvorený iba jeden primitívny chodiaci DNA robot.

Nanomedicínu predstavujú tieto možnosti:

1. Laboratóriá na čipe, cielený prísun liekov do tela.

2. DNA - čipy (tvorba jednotlivých liekov).

3. Umelé enzýmy a protilátky.

4. Umelé orgány, umelé funkčné polyméry (náhrady organických tkanív). Tento smer úzko súvisí s myšlienkou umelého života a v budúcnosti vedie k vytvoreniu robotov s umelým vedomím a schopných samoliečby na molekulárnej úrovni... Je to spôsobené rozšírením konceptu života mimo organického

5. Nanoroboti-chirurgovia (biomechanizmy vykonávajúce zmeny a požadované lekárske úkony, rozpoznávanie a ničenie rakovinových buniek). Toto je najradikálnejšia aplikácia nanotechnológie v medicíne bude vytvorenie molekulárnych nanobotov, ktoré dokážu ničiť infekcie a rakovinové nádory, opravovať poškodenú DNA, tkanivá a orgány, duplikovať celé systémy podpory života v tele a meniť vlastnosti tela.

Nanotechnológia, ktorá považuje jednotlivý atóm za tehlu alebo „detail“, hľadá praktické spôsoby, ako z týchto častí navrhnúť materiály so špecifikovanými vlastnosťami. Mnoho spoločností už vie, ako poskladať atómy a molekuly do akejsi štruktúry.

V budúcnosti budú akékoľvek molekuly zostavené ako detská stavebnica. Na tento účel sa plánuje použitie nanorobotov (nanobotov). V skutočnosti sa dá postaviť akákoľvek chemicky stabilná štruktúra, ktorú možno opísať. Keďže nanobot môže byť naprogramovaný tak, aby postavil akúkoľvek štruktúru, najmä aby postavil ďalšieho nanobota, bude veľmi lacný. Vďaka práci v obrovských tímoch budú nanoboty schopné vytvoriť akýkoľvek objekt s nízkymi nákladmi a vysokou presnosťou. V medicíne je problémom využitia nanotechnológie potreba zmeny štruktúry bunky na molekulárnej úrovni, t.j. vykonávať „molekulárnu chirurgiu“ pomocou nanobotov. Očakáva sa, že vytvorí molekulárnych robotických lekárov, ktorí dokážu „žiť“ vo vnútri ľudského tela, pričom budú eliminovať všetky škody, ktoré sa vyskytnú, alebo budú predchádzať ich vzniku.Manipuláciou s jednotlivými atómami a molekulami dokážu nanoboty opraviť bunky. Predpokladaný dátum vytvorenia robotických lekárov je prvá polovica XXI.

Napriek súčasnému stavu je nanotechnológia ako zásadné riešenie problému starnutia viac než sľubná.

Dôvodom je skutočnosť, že nanotechnológia má veľký potenciál pre komerčné využitie v mnohých priemyselných odvetviach, a preto, okrem seriózneho vládneho financovania, výskum v tomto smere vykonáva mnoho veľkých korporácií.

Je dosť možné, že po vylepšení na zabezpečenie „večnej mladosti“ už nanoboty nebudú potrebné, alebo si ich bude produkovať bunka sama.

Na dosiahnutie týchto cieľov musí ľudstvo vyriešiť tri hlavné otázky:

1. Navrhnite a vytvorte molekulárne roboty, ktoré dokážu opravovať molekuly.
2. Navrhnite a vytvorte nanopočítače, ktoré budú riadiť nanostroje.
3. Vytvorte Celý popis všetkých molekúl v ľudskom tele, inými slovami, vytvárajú mapu ľudského tela na atómovej úrovni.

Hlavným problémom nanotechnológie je problém vytvorenia prvého nanobota. Existuje niekoľko sľubných ciest.

Jedným z nich je zlepšenie skenovacieho tunelového mikroskopu alebo mikroskopu atómovej sily a dosiahnutie polohovej presnosti a sily uchopenia.
Ďalším spôsobom, ako vytvoriť prvého nanobota, je chemická syntéza. Možno navrhnutie a syntéza dômyselných chemických komponentov, ktoré sú schopné samy sa zostaviť v roztoku.
A ďalšia cesta vedie cez biochémiu. Ribozómy (vo vnútri bunky) sú špecializované nanoboty a môžeme ich použiť na vytvorenie všestrannejších robotov.

Tieto nanoboty budú schopné spomaliť proces starnutia, liečiť sa jednotlivé bunky a interagovať s jednotlivými neurónmi.

Práca na štúdii začala relatívne nedávno, ale tempo objavov v tejto oblasti je mimoriadne vysoké, mnohí veria, že toto je budúcnosť medicíny.

1.2.3 Nanotechnológie v potravinárskom priemysle

Nanoed (nanofood) - pojem je nový, nejasný a nevzhľadný. Jedlo pre nanhumanov? Veľmi malé porcie? Jedlo vyrobené v nanofabrikách? Samozrejme, že nie. Napriek tomu ide o zaujímavý smer v potravinárskom priemysle. Ukazuje sa, že nanoeda je celý súbor vedeckých nápadov, ktoré sú už na ceste k implementácii a aplikácii v priemysle. Po prvé, nanotechnológie môžu poskytnúť pracovníkom v potravinárstve jedinečné možnosti celkového sledovania kvality a bezpečnosti potravín v reálnom čase priamo počas výrobného procesu. Hovoríme o diagnostických strojoch využívajúcich rôzne nanosenzory alebo takzvané kvantové bodky, schopné rýchlo a spoľahlivo odhaliť aj tie najmenšie chemické znečistenie alebo nebezpečných biologických činiteľov. Metódy výroby, prepravy a skladovania potravín môžu získať svoj podiel užitočných inovácií z nanotechnologického priemyslu. Prvé sériové stroje tohto druhu sa podľa vedcov objavia v masovej výrobe potravín v najbližších štyroch rokoch. Ale na programe dňa sú aj radikálnejšie myšlienky. Ste pripravení prehltnúť nanočastice, ktoré nevidno? Čo ak sa však nanočastice cielene využívajú na dodávanie živín a liečiv do presne vybraných častí tela? Čo keby sa tieto nanokapsuly dali zapracovať do jedla? Zatiaľ nanoedu nikto nepoužil, no predbežný vývoj už prebieha. Odborníci tvrdia, že jedlé nanočastice môžu byť vyrobené z kremíka, keramiky alebo polymérov. A samozrejme - organické látky. A ak je všetko jasné s ohľadom na bezpečnosť takzvaných "mäkkých" častíc, podobných štruktúrou a zložením biologickým materiálom, potom "tvrdé" častice zložené z anorganických látok sú veľkou bielou škvrnou na priesečníku dvoch teritórií - nanotechnológie a biológie. Vedci stále nevedia povedať, akými cestami sa takéto častice v tele budú pohybovať a kde sa v dôsledku toho zastavia. To sa ešte uvidí. Niektorí odborníci však už maľujú futuristické obrázky výhod nanoedy. Okrem dodávania cenných živín do správnych buniek. Myšlienka je nasledovná: každý si kúpi rovnaký nápoj, ale potom bude môcť spotrebiteľ sám manipulovať s nanočasticami tak, že sa mu pred očami zmení chuť, farba, vôňa a koncentrácia nápoja.

1.2.4 Nanotechnológia vo vojenských záležitostiach

Vojenské využitie nanotechnológií sa kvalitatívne otvára nová úroveň vojensko-technickú nadvládu vo svete. Za hlavné smery pri vytváraní nových zbraní založených na nanotechnológii možno považovať:

1. Vytvorenie nových výkonných miniatúrnych výbušných zariadení.

2. Zničenie makrozariadení z nanoúrovne.

3. Špionáž a potláčanie bolesti pomocou neurotechnológie.

4. Biologické zbrane a nanozariadenia s genetickým vedením.

5. Nano-zariadenia pre vojakov.

6. Ochrana pred chemickými a biologickými zbraňami.

7. Nanozariadenia v riadiacich systémoch vojenského vybavenia.

8. Nanopovlaky na vojenské vybavenie.

Nanotechnológia umožní výrobu silných výbušnín. Veľkosť výbušniny sa môže desaťnásobne zmenšiť. Útok riadených striel s nanohovormi na zariadenia na regeneráciu jadrového paliva by mohol krajinu pripraviť o fyzickú schopnosť produkovať plutónium na zbrane. Zavedenie malých robotických zariadení do elektronických zariadení môže narušiť fungovanie elektrických obvodov a mechaniky. Zlyhaniu riadiacich centier a veliteľských stanovíšť nemožno zabrániť, pokiaľ nebudú nanozariadenia izolované. Roboty na rozoberanie materiálov na atómovej úrovni sa stanú silnou zbraňou, ktorá premení na prach pancier tankov, betónové konštrukcie schránok, trupy jadrových reaktorov a telá vojakov. Ale to je stále len vyhliadka na rozvinutú formu nanotechnológie. Medzitým prebieha výskum v oblasti neurónových technológií, ktorých vývoj povedie k vzniku vojenských nanozariadení, ktoré vykonávajú špionáž, prípadne odpočúvanie kontroly nad funkciami ľudského tela, využívajúc prepojenie s pomocou nanozariadení pre nervový systém. Laboratóriá NASA už vytvorili funkčné vzorky zariadení na odpočúvanie vnútornej reči. Fotonické komponenty na nanoštruktúrach, schopné prijímať a spracovávať obrovské množstvo informácií, sa stanú základom pre vesmírne monitorovanie, pozemné sledovanie a špionážne systémy. Pomocou nanozariadení zabudovaných v mozgu je možné v porovnaní s biologickým videním získať „umelé“ (technické) videnie s rozšíreným spektrom vnímania. Vyvíjajú sa neuročipy na potlačenie bolesti u vojakov, implantované do tela a mozgu.

Ďalšou aplikáciou nanotechnológie vo vojenskej sfére sú nanozariadenia s genetickým navádzaním. Nanozariadenie s genetickým vedením môže byť naprogramované tak, aby vykonávalo určité deštruktívne akcie v závislosti od genetickej štruktúry DNA bunky, v ktorej sa vyskytuje. Ako podmienka aktivácie zariadenia je určený jedinečný úsek genetického kódu konkrétnej osoby alebo šablóna pre pôsobenie na skupinu ľudí. Rozlíšenie obyčajnej epidémie od etnických čistiek bude takmer nemožné bez prostriedkov na detekciu nanorobotov. Nanozariadenia budú fungovať len proti danému typu ľudí a za presne stanovených podmienok. Po vložení do tela sa nanozariadenie nijako neprejaví až do aktivačného príkazu. Ďalšou aplikáciou nanotechnológie je vybavenie a vybavenie vojakov. Navrhuje sa vytvoriť akýsi hybrid z osoby, uniforiem a zbraní, ktorých prvky budú tak úzko prepojené, že plne vybavený vojak budúcnosti možno nazvať samostatným organizmom.

Nanotechnológia priniesla prelom vo výrobe panciera a nepriestrelnej vesty.

Vojenská technika má byť vybavená špeciálnym „elektromechanickým náterom“, ktorý zmení farbu a zabráni korózii. Nano-lak bude schopný „utiahnuť“ menšie poškodenia na tele stroja a bude pozostávať z veľkého množstva nano-mechanizmov, ktoré umožnia vykonávať všetky vyššie uvedené funkcie. Pomocou systému optických polí, ktorými budú jednotlivé nanostroje v „nátere“, chcú vedci dosiahnuť efekt neviditeľnosti auta či lietadla.

Nanotechnológie zmenia vojenskú oblasť. Nové kvalitatívne transformované a nekontrolované preteky v zbrojení. Kontrola nad nanotechnológiou môže byť reálne realizovaná iba v globálnej civilizácii. Nanotechnológia umožní úplnú mechanizáciu poľného vedenia vojny s vylúčením prítomnosti modernizovaných vojakov.

Hlavným záverom o výsledku prieniku nanotechnológií do sféry zbrojenia je teda perspektíva vytvorenia globálnej spoločnosti schopnej kontrolovať nanotechnológie a preteky v zbrojení. Tento trend univerzalizmu je determinovaný racionalitou technogénnej civilizácie a vyjadruje jej záujmy a hodnoty.

Záver

Po objasnení pojmu nanotechnológie, načrtnutí jej perspektív a zameraní sa na možné nebezpečenstvá a vyhrážky, chcem to uzavrieť. Verím, že nanotechnológia je mladá veda, ktorej výsledky vývoja sa môžu zmeniť na nepoznanie svet... A aké budú tieto zmeny – užitočné, neporovnateľne uľahčujúce život, či škodlivé, ohrozujúce ľudstvo – závisí od vzájomného porozumenia a racionality ľudí. A vzájomné porozumenie a racionalita priamo závisia od úrovne ľudskosti, z čoho vyplýva aj zodpovednosť človeka za svoje činy. Najdôležitejšou nevyhnutnosťou posledných rokov pred nevyhnutným nanotechnologickým „boomom“ je preto vzdelávanie v oblasti filantropie. Len inteligentní a humánni ľudia môžu zmeniť nanotechnológiu na odrazový mostík k poznaniu vesmíru a ich miesta v tomto vesmíre.

Bibliografia

Základy objektovo orientovaného programovania v Delphi: Učebnica. príspevok / V. V. Kuznecov, I. V. Abdrašitova; Ed. T. B. Korneeva. - vyd. 3., rev. a pridať. - Tomsk, 2008 .-- 120 s.
Kimmel P. Vytvorenie aplikácie v Delphi./P. Kimel - M: Williams, 2003 .-- 114s.
Kobayashi N. Úvod do nanotechnológie / N. Kobayashi. - M.: Binom, 2005 - 134s
Chaplygin A. „nanotechnológia v elektronike“ / A. Chaplygin. - 2005 M.: Technosféra
http: // www.delphi.com
Náhľad:
Ak chcete použiť ukážku prezentácií, vytvorte si účet Google (účet) a prihláste sa doň:

Nanotechnológia je oblasť základnej a aplikovanej vedy a techniky, ktorá sa zaoberá totalitou teoretické pozadie, praktické metódy výskumu, analýzy a syntézy, ako aj metódy výroby a použitia produktov s danou atómovou štruktúrou prostredníctvom riadenej manipulácie s jednotlivými atómami a molekulami.

História

Mnohé zdroje, predovšetkým v angličtine, prvé zmienky o metódach, ktoré sa neskôr budú nazývať nanotechnológie, sú spojené so slávnym prejavom Richarda Feynmana „There's Plenty of Room at the Bottom“, ktorý predniesol v roku 1959 v Kalifornii. Technologický inštitút na výročnom stretnutí Americkej fyzikálnej spoločnosti. Richard Feynman navrhol, že je možné mechanicky pohybovať jednotlivými atómami pomocou manipulátora vhodnej veľkosti, prinajmenšom by takýto proces nebol v rozpore s doteraz známymi fyzikálnymi zákonmi.

Posledná fáza - výsledný mechanizmus zostaví svoju kópiu z jednotlivých atómov. Počet takýchto kópií je v zásade neobmedzený, v krátkom čase bude možné vytvoriť ľubovoľný počet takýchto strojov. Tieto stroje budú schopné zostaviť makro veci rovnakým spôsobom, atómovou montážou. Vďaka tomu budú veci rádovo lacnejšie – takýmto robotom (nanorobotom) bude potrebné dať len potrebný počet molekúl a energie a napísať program na zostavenie potrebných predmetov. Doteraz túto možnosť nikto nedokázal vyvrátiť, no zatiaľ sa nikomu nepodarilo takéto mechanizmy vytvoriť. V rámci teoretického skúmania tejto možnosti sa objavili hypotetické scenáre súdneho dňa, ktoré naznačujú, že nanoroboty pohltia všetku biomasu Zeme a uskutočnia svoj program samoreprodukcie (tzv. „sivý sliz“ alebo „sivý sliz“ ).

Prvé predpoklady o možnosti štúdia objektov na atómovej úrovni možno nájsť v knihe „Opticks“ od Isaaca Newtona, vydanej v roku 1704. V knihe Newton vyjadruje nádej, že mikroskopy budúcnosti budú jedného dňa schopné preskúmať „záhady krviniek“.

Prvýkrát termín „nanotechnológia“ použil Norio Taniguchi v roku 1974. Tento termín nazval výrobou produktov s veľkosťou niekoľkých nanometrov. V 80. rokoch tento termín použil Eric K. Drexler vo svojich knihách Engines of Creation: The Coming Era of Nanotechnology a Nanosystems: Molecular Machinery, Manufacturing, and Computation.

Čo všetko dokáže nanotechnológia?

Tu je len niekoľko oblastí, v ktorých nanotechnológie sľubujú prelomy:

Medicína

Nanosenzory poskytnú pokroky vo včasnej diagnostike ochorenia. Zvýšite tak svoje šance na uzdravenie. Dokážeme poraziť rakovinu a iné choroby. Staré lieky proti rakovine zabíjali nielen choré bunky, ale aj zdravé. Pomocou nanotechnológie sa liek dostane priamo do chorej bunky.

DNA-nanotechnológia- využiť špecifické bázy molekúl DNA a nukleových kyselín na vytvorenie jasne definovaných štruktúr na ich základe. Priemyselná syntéza molekúl liečiv a farmakologických prípravkov presne definovanej formy (bis-peptidy).

Začiatkom roku 2000, vďaka rýchlemu pokroku v technológii výroby nanočastíc, bol daný impulz k rozvoju novej oblasti nanotechnológie - nanoplazmonika... Ukázalo sa, že je možné prenášať elektromagnetické žiarenie pozdĺž reťazca kovových nanočastíc pomocou excitácie plazmónových oscilácií.

Stavebníctvo

Nanosenzory stavebných konštrukcií budú monitorovať ich pevnosť a zisťovať akékoľvek ohrozenie ich integrity. Objekty postavené pomocou nanotechnológií budú schopné vydržať päťkrát dlhšie ako moderné štruktúry. Domy sa prispôsobia potrebám obyvateľov, v lete v nich bude chlad a v zime teplo.

energie

Budeme menej závislí od ropy a plynu. Moderné solárne panely majú účinnosť okolo 20 %. S použitím nanotechnológie môže rásť 2-3 krát. Tenké nanovrstvy na streche a stenách dokážu dodať energiu celému domu (ak je, samozrejme, dostatok slnka).

Mechanické inžinierstvo

Všetky objemné zariadenia nahradia roboty – jednoducho ovládateľné zariadenia. Budú schopní vytvárať akékoľvek mechanizmy na úrovni atómov a molekúl. Na výrobu strojov sa použijú nové nanomateriály, ktoré dokážu znížiť trenie, chrániť diely pred poškodením a šetriť energiu. Toto nie sú všetky oblasti, v ktorých sa nanotechnológia môže (a bude!) uplatňovať. Vedci veria, že vznik nanotechnológií je začiatkom novej vedecko-technologickej revolúcie, ktorá výrazne zmení svet už v 21. storočí. Za zmienku však stojí, že nanotechnológia sa do reálnej praxe nedostane veľmi rýchlo. Nie veľa zariadení (hlavne elektroniky) pracuje s nano. Čiastočne je to spôsobené vysokými nákladmi na nanotechnológiu a nízkou návratnosťou produktov nanotechnológie.

Pravdepodobne už v blízkej budúcnosti pomocou nanotechnológií vzniknú high-tech, mobilné, ľahko ovládateľné zariadenia, ktoré úspešne nahradia dnešnú automatizovanú, no ťažko ovládateľnú a ťažkopádnu techniku. Takže napríklad bioroboty riadené počítačom budú časom schopné plniť funkcie dnešných objemných čerpacích staníc.

DNA počítač- výpočtový systém využívajúci výpočtové schopnosti molekúl DNA. Biomolecular Computing je súhrnný názov pre rôzne techniky, ktoré nejakým spôsobom súvisia s DNA alebo RNA. V DNA computingu nie sú dáta prezentované vo forme núl a jednotiek, ale vo forme molekulárnej štruktúry vybudovanej na báze DNA špirály. Špeciálne enzýmy zohrávajú úlohu softvéru na čítanie, kopírovanie a manipuláciu s údajmi.
Mikroskop atómovej sily- rastrovací sondový mikroskop s vysokým rozlíšením založený na interakcii konzolového hrotu (sondy) s povrchom skúmanej vzorky. Na rozdiel od rastrovacieho tunelového mikroskopu (STM) dokáže skúmať vodivé aj nevodivé povrchy aj cez vrstvu kvapaliny, čo umožňuje pracovať s organickými molekulami (DNA). Priestorové rozlíšenie mikroskopu atómových síl závisí od veľkosti konzoly a zakrivenia jej hrotu. Rozlíšenie dosahuje atómové horizontálne a výrazne ho prevyšuje vertikálne.
Anténa-oscilátor- 9. februára 2005 bol v laboratóriu Bostonskej univerzity získaný anténny oscilátor s rozmermi rádovo 1 mikrón. Toto zariadenie má 5 000 miliónov atómov a je schopné oscilovať na frekvencii 1,49 gigahertzov, čo mu umožňuje prenášať obrovské množstvo informácií.

10 nanotechnológií s úžasným potenciálom

Skúste si spomenúť na nejaký kanonický vynález. Pravdepodobne si teraz niekto predstavil koleso, niekto lietadlo a niekto iPod. Koľkí z vás premýšľali nad vynálezom úplne novej generácie – nanotechnológiou? Tento svet je zle pochopený, ale má neuveriteľný potenciál dať nám skutočne fantastické veci. Úžasná vec: smerovanie nanotechnológií neexistovalo až do roku 1975, aj keď vedci začali pracovať v tejto oblasti oveľa skôr.

Ľudské oko je schopné rozoznať predmety s veľkosťou až 0,1 milimetra. Dnes si povieme o desiatich vynálezoch, ktorých je 100 000-krát menej.

Elektricky vodivý tekutý kov

Pomocou elektriny môžete vyrobiť jednoduchú zliatinu tekutého kovu pozostávajúcu z gália, irídia a cínu, vytvoriť zložité tvary alebo nakrútiť kruhy vo vnútri Petriho misky. S istou mierou pravdepodobnosti môžeme povedať, že ide o materiál, z ktorého vznikol slávny kyborg série T-1000, ktorého sme mohli vidieť v Terminátorovi 2.

„Mäkká zliatina sa správa ako inteligentný tvar, ktorý sa v prípade potreby dokáže zdeformovať, berúc do úvahy meniace sa prostredie, v ktorom sa pohybuje. Rovnako ako by som mohol urobiť kyborga z populárneho sci-fi filmu, “hovorí Jin Li z univerzity Tsinghua, jeden z výskumníkov zapojených do projektu.

Tento kov je biomimetický, to znamená, že napodobňuje biochemické reakcie, hoci sám o sebe nie je biologickou látkou.

Tento kov je možné ovládať elektrickými výbojmi. Sám sa však dokáže pohybovať samostatne, v dôsledku vznikajúcej nerovnováhy zaťaženia, ktorá vzniká rozdielom tlaku medzi prednou a zadnou časťou každej kvapky tejto kovovej zliatiny. A hoci vedci veria, že tento proces môže byť kľúčom k premene chemickej energie na mechanickú energiu, molekulárny materiál sa v blízkej budúcnosti nepoužije na stavbu zlých kyborgov. Celý „magický“ proces môže prebiehať len v roztoku hydroxidu sodného alebo v soľnom roztoku.

Nanoplasty

Výskumníci z University of York pracujú na vytvorení špeciálnych náplastí, ktoré budú navrhnuté tak, aby dodávali všetky potrebné lieky do tela bez potreby ihiel a striekačiek. Náplasti celkom normálnej veľkosti sú prilepené na vašu ruku a dodávajú vám do tela určitú dávku nanočastíc lieku (dostatočne malých na to, aby prenikli do vlasových folikulov). Nanočastice (každá s veľkosťou menšou ako 20 nanometrov) samé nájdu škodlivé bunky, usmrtia ich a v dôsledku prirodzených procesov sa vylúčia z tela spolu s ostatnými bunkami.

Vedci poznamenávajú, že v budúcnosti môžu byť takéto nanoplasty použité v boji proti jednej z najstrašnejších chorôb na Zemi - rakovine. Na rozdiel od chemoterapie, ktorá je v takýchto prípadoch najčastejšie neoddeliteľnou súčasťou liečby, nanoplasty dokážu individuálne nájsť a zničiť rakovinové bunky, pričom zdravé bunky ponechajú nedotknuté. Projekt nanoplastov dostal názov „NanJect“. Vyvíjajú ho Atif Sayed a Zakaria Hussein, ktorí v roku 2013, ešte ako študenti, získali potrebný sponzoring prostredníctvom crowdsourcingovej fundraisingovej kampane.

Nanofilter na vodu

Pri použití tejto fólie v kombinácii s jemnou sieťkou z nehrdzavejúcej ocele dochádza k odpudzovaniu oleja a voda na tomto mieste sa stáva nedotknutou.

Zaujímavosťou je, že samotná príroda inšpirovala vedcov k vytvoreniu nanofilmov. Lotosové listy, známe tiež ako lekno, majú opačné vlastnosti ako nanofilm: namiesto oleja odpudzujú vodu. Nie je to prvýkrát, čo vedci pozorovali aspoň tieto úžasné rastliny úžasné vlastnosti... To viedlo napríklad v roku 2003 k vytvoreniu superhydrofóbnych materiálov. Čo sa týka nanofilmu, vedci sa snažia vytvoriť materiál, ktorý napodobňuje povrch lekien a obohacuje ho o molekuly špeciálneho čistiaceho prostriedku. Samotný povlak je pre ľudské oko neviditeľný. Výroba bude lacná približne 1 dolár za štvorcový meter.

Podmorská čistička vzduchu

Sotva sa niekto zamyslel nad tým, aký druh posádky leteckých ponoriek musí dýchať, okrem samotných členov posádky. Medzitým sa musí okamžite vykonať čistenie vzduchu od oxidu uhličitého, pretože pri jednej plavbe cez ľahkú posádku ponorky musí ten istý vzduch prejsť stokrát. Na čistenie vzduchu od oxid uhličitý používajte amíny, ktoré majú veľmi nepríjemný zápach. Na vyriešenie tohto problému bola vytvorená čistiaca technológia s názvom SAMMS (skratka pre Self-Assembled Monolayers on Mesoporous Supports). Navrhuje použitie špeciálnych nanočastíc uložených v keramických granulách. Látka má poréznu štruktúru, vďaka ktorej absorbuje prebytočný oxid uhličitý. Rôzne typy čistenia SAMMS pracujú s rôznymi molekulami vo vzduchu, vode a zemi, avšak všetky tieto možnosti čistenia sú neuveriteľne účinné. Len jedna polievková lyžica týchto pórovitých keramických granúl stačí na vyčistenie plochy o veľkosti futbalového ihriska.

Nanovodiče

Výskumníci Severozápadná univerzita(USA) prišli na to, ako vytvoriť elektrický vodič v nanoúrovni. Tento vodič je pevná a húževnatá nanočastica, ktorú je možné naladiť na prenos elektrický prúd v rôznych opačných smeroch. Výskum ukazuje, že každá takáto nanočastica je schopná napodobniť činnosť „usmerňovača, spínačov a diód“. Každá 5 nanometrová častica je potiahnutá kladne nabitou chemikáliou a obklopená záporne nabitými atómami. Aplikácia elektrického výboja rekonfiguruje negatívne nabité atómy okolo nanočastíc.

Potenciál technológie je podľa vedcov bezprecedentný. Na jeho základe je možné vytvárať materiály „schopné nezávisle meniť pre určité počítačové výpočtové úlohy“. Použitie tohto nanomateriálu vlastne „preprogramuje“ elektroniku budúcnosti. Aktualizácia hardvéru bude rovnako jednoduchá ako aktualizácia softvéru.

Nanotechnologická nabíjačka

Akonáhle je táto vec vytvorená, už nemusíte používať žiadne káblové nabíjačky. Nová nanotechnológia funguje ako špongia, len neabsorbuje tekutinu. Nasáva kinetickú energiu z okolia a smeruje ju priamo do vášho smartfónu. Technológia je založená na použití piezoelektrického materiálu, ktorý generuje elektrinu pri mechanickom namáhaní. Materiál je vybavený nanoskopickými pórmi, ktoré ho premieňajú na pružnú špongiu.

Oficiálny názov tohto zariadenia je „nanogenerátor“. Takéto nanogenerátory sa raz môžu stať súčasťou každého smartfónu na planéte, alebo súčasťou palubnej dosky každého auta a možno súčasťou každého vrecka oblečenia – gadgety sa budú nabíjať práve tam. Okrem toho má táto technológia potenciál na využitie vo väčšom rozsahu, napríklad v priemyselných zariadeniach. Aspoň si to myslia vedci z University of Wisconsin v Madisone, ktorí vytvorili túto úžasnú nano-hubku.

Umelá sietnica

Izraelská spoločnosť Nano Retina vyvíja rozhranie, ktoré sa priamo spojí s neurónmi oka a prenesie výsledok neurálneho modelovania do mozgu, čím nahradí sietnicu a vráti zrak ľuďom.

Pokus na slepom kura ukázal nádej na úspech projektu. Nanofilm umožnil kura vidieť svetlo. Je pravda, že konečná fáza vývoja umelej sietnice na vrátenie zraku ľuďom je ešte ďaleko, ale pokrok v tomto smere je dobrou správou. Nano Retina nie je jedinou spoločnosťou, ktorá sa zaoberá takýmto vývojom, ale práve ich technológia je v súčasnosti považovaná za najsľubnejšiu, najefektívnejšiu a najprispôsobivejšiu. Posledný bod je najdôležitejší, pretože hovoríme o produkte, ktorý sa niekomu zapadne do očí. Podobný vývoj ukázal, že pevné materiály sú pre tieto aplikácie nevhodné.

Keďže technológia je vyvíjaná na nanotechnologickej úrovni, eliminuje použitie kovu a drôtov a zároveň sa vyhýba nízkemu rozlíšeniu simulovaného obrazu.

Žiariace oblečenie

Vedci v Šanghaji vyvinuli reflexné vlákna, ktoré možno použiť na výrobu oblečenia. Základom každého vlákna je veľmi tenký drôt z nehrdzavejúcej ocele, ktorý je potiahnutý špeciálnymi nanočasticami, elektroluminiscenčnou polymérovou vrstvou a ochranným plášťom z priehľadných nanorúrok. Výsledkom sú veľmi ľahké a ohybné vlákna, ktoré môžu žiariť vplyvom vlastnej elektrochemickej energie. Zároveň pracujú s oveľa nižším výkonom ako bežné LED diódy.

Nevýhodou tejto technológie je, že nite majú dostatok „zásoby svetla“ len na niekoľko hodín. Vývojári materiálu sú však optimistickí, že sa im podarí zvýšiť „zdroj“ ich produktu aspoň tisíckrát. Aj keby sa im to podarilo, riešenie ďalšieho nedostatku je stále otázne. S najväčšou pravdepodobnosťou nebude možné prať oblečenie založené na takýchto nanovláknách.

Nanoihly na obnovu vnútorných orgánov

Nanoplasty, o ktorých sme hovorili vyššie, sú špeciálne navrhnuté tak, aby nahradili ihly. Čo keby samotné ihly boli veľké len niekoľko nanometrov? Ak áno, mohli by zmeniť pohľad na operáciu, alebo ju aspoň výrazne zlepšiť.

Nedávno vedci vykonali úspešné laboratórne testy na myšiach. Pomocou malých ihiel sa vedcom podarilo vpraviť do organizmov hlodavcov nukleové kyseliny, ktoré podporujú regeneráciu orgánov a nervových buniek a tým obnovujú stratenú účinnosť. Keď ihly plnia svoju funkciu, zostávajú v tele a za pár dní sa úplne rozložia. Zároveň vedci nezistili žiadne vedľajšie účinky pri operáciách na obnovu krvných ciev svalov chrbta hlodavcov pomocou týchto špeciálnych nanoihiel.

Ak vezmeme do úvahy ľudské prípady, potom sa takéto nanoihly môžu použiť na dodanie potrebných prostriedkov do ľudského tela, napríklad pri transplantácii orgánov. Špeciálne látky pripravia okolité tkanivá okolo transplantovaného orgánu na rýchlu obnovu a vylúčia možnosť odmietnutia.

3D chemická tlač

Chemik Martin Burke z University of Illinois je skutočný Willie Wonka zo sveta chémie. Použitie zberu molekúl " stavebný materiál"Na rôzne účely môže vytvoriť obrovské množstvo rôznych chemikálií, obdarených všetkými druhmi" úžasných a predsa prirodzených vlastností." Takouto látkou je napríklad ratanín, ktorý nájdeme len vo veľmi vzácnom peruánskom kvete.

Potenciál syntézy látok je taký obrovský, že umožní vyrábať molekuly používané v medicíne, pri výrobe LED diód, solárnych článkov a pod. chemické prvkyže aj najlepším chemikom na planéte trvalo roky, kým ich syntetizovali.

Možnosti súčasného prototypu trojrozmernej chemickej tlačiarne sú zatiaľ obmedzené. Je schopný vytvárať len nové lieky... Burke však dúfa, že jedného dňa bude môcť vytvoriť spotrebiteľskú verziu svojho úžasného zariadenia, ktoré bude oveľa výkonnejšie. Je možné, že v budúcnosti budú takéto tlačiarne pôsobiť ako druh domácich lekárnikov.

Je nanotechnológia hrozbou pre ľudské zdravie alebo životné prostredie?

O negatívnych účinkoch nanočastíc nie je toľko informácií. V roku 2003 štúdia ukázala, že uhlíkové nanorúrky môžu poškodiť pľúca u myší a potkanov. Štúdia z roku 2004 ukázala, že fullerény sa môžu hromadiť a spôsobiť poškodenie mozgu u rýb. Obe štúdie však používali veľké dávky látky za neobvyklých podmienok. Podľa jednej z expertiek, chemičky Kristen Kulinovski (USA), „by bolo vhodné obmedziť vystavenie týmto nanočasticiam, napriek tomu, že v súčasnosti neexistujú žiadne informácie o ich ohrození ľudského zdravia“.

Niektorí komentátori tiež tvrdili, že rozšírené používanie nanotechnológií môže viesť k sociálnym a etickým rizikám. Ak teda napríklad používanie nanotechnológií spustí novú priemyselnú revolúciu, povedie to k strate pracovných miest. Navyše, nanotechnológie môžu zmeniť vnímanie človeka, pretože ich použitie pomôže predĺžiť život a výrazne zvýši stabilitu tela. „Nikto nemôže poprieť, že rozšírené používanie mobilných telefónov a internetu prinieslo v spoločnosti obrovské zmeny,“ hovorí Kristen Kulinovski. "Kto by si trúfol povedať, že nanotechnológie nebudú mať v najbližších rokoch väčší vplyv na spoločnosť?"

Miesto Ruska medzi krajinami, ktoré vyvíjajú a vyrábajú nanotechnológie

Svetovými lídrami z hľadiska celkových investícií do nanotechnológií sú krajiny EÚ, Japonsko a Spojené štáty americké. V poslednom čase výrazne zvýšili investície do tohto odvetvia Rusko, Čína, Brazília a India. V Rusku bude objem financovania v rámci programu „Rozvoj infraštruktúry nanopriemyslu v Ruskej federácii na roky 2008 - 2010“ predstavovať 27,7 miliardy rubľov.

V najnovšej správe (2008) londýnskej výskumnej firmy Cientifica s názvom Nanotechnology Outlook Report sa o ruských investíciách píše doslova toto: „Hoci je EÚ stále na prvom mieste z hľadiska investícií, Čína a Rusko už predbehli Spojené štáty ."

V nanotechnológiách existujú oblasti, v ktorých sa ruskí vedci stali prvými na svete a dosiahli výsledky, ktoré položili základ pre rozvoj nových vedeckých trendov.

Medzi nimi možno vyzdvihnúť výrobu ultrajemných nanomateriálov, návrh jednoelektrónových zariadení, ako aj prácu v oblasti atómovej sily a mikroskopie so skenovacou sondou. Len na špeciálnej výstave, ktorá sa konala v rámci XII. Petrohradského ekonomického fóra (2008), bolo naraz prezentovaných 80 konkrétnych udalostí. Rusko už vyrába množstvo nanoproduktov, ktoré sú na trhu žiadané: nanomembrány, nanoprášky, nanorúrky. V komercializácii nanotechnologického vývoja však Rusko podľa odborníkov zaostáva za Spojenými štátmi a ďalšími vyspelými krajinami o desať rokov.

Nanotechnológia v umení

Nanotechnológiou sa zaoberá množstvo diel americkej umelkyne Natashe Vita-Mor.

V súčasnom umení sa objavil nový smer „nanoart“ (nano umenie) – umelecká forma spojená s tvorbou sôch (kompozícií) mikro- a nano-veľkostí (10 -6 a 10 -9 m) umelec pod vplyvom chemických alebo fyzikálnych procesov spracovania materiálu, fotografovanie získaných nanoobrazov pomocou elektrónového mikroskopu a spracovanie čiernobielych fotografií v grafickom editore.

V širokom slávne dielo Ruský spisovateľ N. Leskov "Levša" (1881) má zaujímavý fragment: zobrazuje sa meno: aký ruský majster urobil tú podkovu." Zväčšenie 5 000 000 krát poskytujú moderné elektrónové a atómové silové mikroskopy, ktoré sú považované za hlavné nástroje nanotechnológie. Literárneho hrdinu Leftyho teda možno považovať za prvého „nanotechnológa“ v histórii.

Feynmanove myšlienky o tom, ako vytvoriť a používať nanomanipulátory v jeho prednáške z roku 1959 „Tam dole je veľa miesta“ Sovietsky spisovateľ Boris Zhitkov "Mikroruki", vydaný v roku 1931. Niektoré z negatívnych dôsledkov nekontrolovaného rozvoja nanotechnológií sú opísané v prácach M. Crichtona („The Roy“), S. Lema („Inšpekcia na mieste“ a „Mier na Zemi“), S. Lukjanenka („Nič rozdeliť").

Hrdina románu „Transman“ od Jurija Nikitina je šéfom nanotechnologickej korporácie a prvým človekom, ktorý zažil účinky lekárskych nanorobotov.

V sci-fi sériách Stargate SG-1 a Stargate Atlantis sú jednou z technologicky najvyspelejších rás dve rasy „replikátorov“, ktoré vzišli z neúspešných experimentov využívajúcich a popisujúcich rôzne aplikácie nanotechnológie. Vo filme Deň, keď sa zastavila Zem, v hlavnej úlohe s Keanu Reevesom, mimozemská civilizácia vyhlási nad ľudstvom rozsudok smrti a takmer zničí všetko na planéte pomocou sebareplikujúcich sa nanoreplikantových chrobákov, ktorí požierajú všetko, čo jej príde do cesty.

Žijeme v modernom svete medicíny, vedy a rôznych technológií. A asi každý už počul, čo je nanotechnológia a na čo slúži.
Vo všeobecnom zmysle nanotechnológia vytvára objekty. V žiadnom prípade však nie sú obyčajné, ako napríklad váš stôl alebo posteľ. Povedzme, že predpona „nano“ je jedna z miliardtín niečoho. To znamená 0,000000001 metra v jednom nanometri. To znamená, že ak znázorníme celú Zem v nanometroch, budeme veľmi prekvapení, keď sa dozvieme, že bude mať veľkosť vlašského orecha.
Nanotechnológia sa teda zaoberá tvorbou nanoobjektov, operuje s jednotlivými atómami a vytvára z nich určitú štruktúru. Nepremokavé tričko alebo ohňovzdorný papier bude pre nás v budúcnosti vďaka nanotechnológii bežnou záležitosťou. Ale už teraz sa napríklad vyrábané tranzistory, ktoré sú v podstate základom všetkých čipov, vyrábajú s presnosťou až 90 nanometrov. Nedávno predstavitelia spoločnosti Hewlett-Packet TM oznámili, že nanotechnológia bude čoskoro schopná nahradiť moderné tradičné technológie na vytváranie tranzistorov.
Nanotechnológia sa uplatňuje v rôznych oblastiach vedy a všade ju sprevádza pokrok. Napríklad v medicíne, ak vykonávate diagnostiku pre iného skoré štádium choroby, nanosenzory pomôžu zabezpečiť rýchle zotavenie. Možno sa týmto spôsobom ľudstvu podarí poraziť rakovinu aj iné vážne choroby, pretože nanotechnológia pomôže lieku okamžite preniknúť do chorých buniek a nerozšíriť sa do celého tela.
Nanotechnológia sa môže uplatniť aj v energetickom sektore. Snáď v budúcnosti prestaneme byť vďaka solárnym panelom závislí od plynu a ropy, pretože ich účinnosť sa môže práve s využitím nanotechnológií zvýšiť dvoj- až trojnásobne.
Nemôžeme nespomenúť ani nanotechnológiu v takej oblasti, akou je strojárstvo. S pomocou nanomateriálov budeme v budúcnosti skutočne schopní znížiť trenie pri jazde autom a možno sa nám podarí zabezpečiť, aby sa diely zachovali oveľa dlhšie ako dnes.
Profesor N. Taniguchi ako prvý použil samotný termín „nanotechnológia“ vo svojej správe na medzinárodnej konferencii v roku 1974 v Japonsku v Tokiu.
Teraz sa veľmi často môžeme stretnúť so správami, že vedci vynašli niečo nové pomocou nanotechnológie, napríklad najmenšiu nano mriežku, monomolekulárnu ponorku, najtemnejší materiál na Zemi alebo novú formu uhlíka so štruktúrou pevnejšou ako diamant. Kodak tak už v roku 2004 vyrábal deväťvrstvový papier Ultima pre tlačiarne, v ktorom vrchnú vrstvu tvoria keramické nanočastice, vďaka čomu je papier hustý, hladký a s príjemným leskom.
Tiež napríklad roztok nanočastíc striebra má silný antiseptický účinok. Ak teda priložíte na ranu obväz s takýmto roztokom striebra, rana sa zahojí mnohonásobne rýchlejšie ako napríklad pri použití bežných antiseptických prostriedkov.
S takýmto rýchlym tempom rozvoja nanotechnológií budeme môcť intenzívnejšie skúmať vesmír, podmorské hlbiny a vôbec si uľahčiť a spríjemniť každodenný život. A možno sa nám čoskoro, ako rôzne filmy o budúcnosti, budú do kože implantovať čipy, ktoré nám v niečom pomôžu; možno našu zvyčajnú technológiu nahradí nanotechnológia; ľudia prestanú umierať na rakovinu a podobné vážne choroby.
Nanotechnológia je oknom do budúcnosti, ktoré vedci dnes otvárajú. Sme presvedčení, že v budúcnosti sa nám to, čo sa dnes považuje za fantáziu, bude zdať úplne obyčajné.

Ministerstvo školstva a vedy Ruskej federácie

Mestská vzdelávacia inštitúcia

všeobecnovzdelávacia škola - internát № 1 stredná (úplná)

všeobecné vzdelanie v Tomsku

ESAY

na túto tému: Nanotechnológie v modernom svete

Vykonané:študent ročníka 8A

Sachnenko Mária

vedúci: Pahoruková D.P.

Učiteľ fyziky

Tomsk 2010

ÚVOD

V súčasnosti málokto vie, čo je nanotechnológia, aj keď budúcnosť je za touto vedou. Hlavným cieľom mojej práce je zoznámenie sa s nanotechnológiou. Chcem tiež zistiť uplatnenie tejto vedy v rôznych odvetviach a zistiť, či môžu byť nanotechnológie nebezpečné pre ľudí.

1. NANOTECHNOLÓGIE V MODERNOM SVETE

1.1 História vzniku nanotechnológií

Za starého otca nanotechnológie možno považovať gréckeho filozofa Demokrita. Bol prvým, kto použil slovo „atóm“ na označenie najmenšej častice hmoty. Už viac ako dvadsať storočí sa ľudia pokúšali preniknúť do tajomstva štruktúry tejto častice. Riešenie tohto problému, neúnosného pre mnohé generácie fyzikov, sa stalo možným v prvej polovici dvadsiateho storočia po vytvorení elektrónového mikroskopu nemeckými fyzikmi Maxom Knollom a Ernstom Ruska, ktorý po prvý raz umožnil študovať nanoobjekty. .

Mnohé zdroje, predovšetkým anglicky hovoriace, spájajú prvú zmienku o metódach, ktoré sa neskôr budú nazývať nanotechnológie, so slávnou rečou Richarda Feynmana „Tam dole je veľa miesta“ (angl. „Plenty of Roo at the Bottom“ ), ktorú vytvoril v roku 1959 v Kalifornskom technologickom inštitúte na výročnom stretnutí Americkej fyzikálnej spoločnosti. Richard Feynman navrhol, že je možné mechanicky pohybovať jednotlivými atómami pomocou manipulátora vhodnej veľkosti, prinajmenšom by takýto proces nebol v rozpore s doteraz známymi fyzikálnymi zákonmi.

Navrhol urobiť tento manipulátor nasledujúcim spôsobom. Je potrebné postaviť mechanizmus, ktorý by vytvoril vlastnú kópiu, len rádovo menšiu. Vytvorený menší mechanizmus musí opäť vytvoriť svoju kópiu, opäť rádovo menšiu a tak ďalej, kým rozmery mechanizmu nebudú úmerné veľkosti rádovo jedného atómu. V tomto prípade bude potrebné vykonať zmeny v štruktúre tohto mechanizmu, pretože gravitačné sily pôsobiace v makrosvete budú mať čoraz menší vplyv a sily medzimolekulárnych interakcií budú stále viac ovplyvňovať fungovanie mechanizmu. . Posledná fáza - výsledný mechanizmus zostaví svoju kópiu z jednotlivých atómov. Počet takýchto kópií je v zásade neobmedzený, v krátkom čase bude možné vytvoriť ľubovoľný počet takýchto strojov. Tieto stroje budú schopné zostaviť makro veci rovnakým spôsobom, atómovou montážou. Vďaka tomu budú veci rádovo lacnejšie – takýmto robotom (nanorobotom) bude potrebné dať len potrebný počet molekúl a energie a napísať program na zostavenie potrebných predmetov. Doteraz túto možnosť nikto nedokázal vyvrátiť, no zatiaľ sa nikomu nepodarilo takéto mechanizmy vytvoriť. Zásadnou nevýhodou takéhoto robota je nemožnosť vytvorenia mechanizmu z jedného atómu.

Takto R. Feynman opísal svojho údajného manipulátora:

rozmýšľam o vytvorenie elektricky ovládaného systému , ktorá využíva konvenčne vyrábané „obslužné roboty“ v podobe štvornásobne zmenšených kópií „rúk“ operátora. Takéto mikromechanizmy budú schopné jednoducho vykonávať operácie v zmenšenom rozsahu. Hovorím o maličkých robotoch vybavených servomotormi a malými „ručičkami“, ktoré dokážu utiahnuť rovnako malé skrutky a matice, vyvŕtať veľmi malé otvory atď. Skrátka, všetku prácu zvládnu v mierke 1:4. K tomu je samozrejme potrebné najskôr vyrobiť potrebné mechanizmy, nástroje a ramená manipulátora v jednej štvrtine ich bežnej veľkosti (v skutočnosti je jasné, že to znamená zmenšenie všetkých kontaktných plôch o faktor 16). V poslednej etape budú tieto zariadenia vybavené servomotormi (16-krát znížený výkon) a napojené na klasický elektrický riadiaci systém. Potom bude možné použiť ramená manipulátora, zmenšené 16-krát! Rozsah použitia takýchto mikrorobotov, ako aj mikrostrojov, môže byť dosť široký - od chirurgických operácií až po prepravu a spracovanie rádioaktívnych materiálov. Dúfam, že princíp navrhovaného programu, ako aj neočakávané problémy a skvelé príležitosti s ním spojené, budú pochopené. Navyše možno uvažovať o možnosti ďalšieho výrazného zmenšenia mierky, čo si, samozrejme, vyžiada ďalšie štrukturálne zmeny a úpravy (mimochodom, v určitej fáze môže byť potrebné opustiť „ruky“ obvyklá forma), ale umožní výrobu nových, oveľa pokročilejších zariadení opísaného typu. Nič vám nebráni pokračovať v tomto procese a vytvárať si toľko maličkých strojov, koľko chcete, keďže s umiestnením strojov alebo ich spotrebou materiálu nie sú spojené žiadne obmedzenia. Ich objem bude vždy oveľa menší ako objem prototypu. Je ľahké vypočítať, že celkový objem 1 milióna obrábacích strojov znížený o faktor 4000 (a následne aj hmotnosť materiálov použitých na výrobu) bude menej ako 2 % objemu a hmotnosti bežného stroja normálne rozmery. Je zrejmé, že to okamžite odstráni problém nákladov na materiály. V zásade by bolo možné zorganizovať milióny rovnakých miniatúrnych tovární, na ktorých by malinké stroje nepretržite vŕtali diery, razili diely atď. S zmenšovaním veľkosti sa neustále stretávame s veľmi nezvyčajnými fyzikálnymi javmi. Všetko, čo musíte v živote stretnúť, závisí od veľkých faktorov. Okrem toho je tu aj problém „zlepovania“ materiálov pôsobením medzimolekulových síl (tzv. van der Waalsove sily), čo môže viesť k efektom neobvyklým pre makroskopické meradlá. Napríklad matica sa po uvoľnení neoddelí od skrutky a v niektorých prípadoch sa pevne prilepí na povrch atď. Pri navrhovaní a stavbe mikroskopických mechanizmov je potrebné mať na pamäti niekoľko fyzikálnych problémov tohto typu.

1.2. Čo je nanotechnológia

Nanotechnológia, ktorá sa objavila pomerne nedávno, čoraz viac vstupuje do tejto oblasti vedecký výskum a z neho do nášho každodenného života. Vývoj vedcov sa čoraz viac zaoberá objektmi mikrosveta, atómami, molekulami, molekulovými reťazcami. Umelo vytvorené nanoobjekty neustále prekvapujú výskumníkov svojimi vlastnosťami a sľubujú najneočakávanejšie vyhliadky na ich uplatnenie.

Hlavnou jednotkou merania vo výskume nanotechnológií je nanometer – miliardtina metra. Tieto jednotky sa používajú na meranie molekúl a vírusov a teraz prvkov novej generácie počítačových čipov. Práve v nanoúrovni prebiehajú všetky základné fyzikálne procesy, ktoré určujú makrointerakcie.

Samotná príroda tlačí človeka k myšlienke vytvárať nanoobjekty. Každá baktéria je v skutočnosti organizmus pozostávajúci z nanostrojov: DNA a RNA kopírujú a prenášajú informácie, ribozómy tvoria proteíny z aminokyselín, mitochondrie produkujú energiu. Je zrejmé, že v tejto fáze vývoja vedy napadá vedcov kopírovať a zlepšovať tieto javy.

Predstavte si: pijete pohár vody naplnený mikroskopickými robotmi. Ich veľkosť je taká malá, že ich nie je možné vidieť. Keď ich však vypijete, začnú pôsobiť na vaše telo, hojiť rany a prilepovať akési „náplasti“ tam, kde je to potrebné. Nanometer je jedna milióntina metra. V tomto meradle funguje nanotechnológia. Ich aktivity sa neobmedzujú len na oblasť medicíny, skôr naopak, vstupujú do oblasti špičkových technológií, avšak rozvoj nanotechnológií je finančne aj intelektuálne veľmi nákladný.

O tom sníval snáď každý z nás. Vedci, ktorí zjavne pripomínajú ich detské sny, vyvinuli skutočnú umelú kožu, ktorá dokáže meniť farbu ako chameleón. Podľa vedcov sa takýto vynález dá uplatniť pri maskovaní a vývoji veľkorozmerných dynamických displejov. Takéto správy sa pravidelne objavujú v tlači. Je to tentoraz naozaj iné?

Napriek všetkému humbuku okolo, všetkým jeho vlastnostiam a prísľubom vedcov vás možno prekvapí fakt, že tento materiál stále nie je príliš používaný. Ako sa ukázalo, nie je to prekvapujúce. Medzinárodná skupina vedcov analyzovala vzorky grafénu vyrábaného 60 spoločnosťami po celom svete a dospela k záveru, že všetky sa skutočne zaoberajú výrobou a predajom nie ultratenkého materiálu na báze uhlíka, za vynález ktorého dostali jeho tvorcovia. nobelovu cenu, ale obycajne smeti, ktore tiez predavaju za prehnane ceny.