Denne artikkelen er en planlagt oppdatering til alt du visste om de kraftigste verktøyene menneskeheten noensinne kunne lage: nanoteknologi. Peter Diamandis, en kjent gründer og ingeniør, leder og grunnlegger av X-Prize Foundation, Planetary Resources og andre initiativer, skisserte sin visjon om hva som skjer i laboratorier rundt om i verden, og hvilke potensielle anvendelser av nanoteknologi venter innen helsevesen, energi, miljøvern miljø, materialvitenskap, datalagring og prosessering.
Siden kunstig intelligens har fått mye oppmerksomhet i det siste, bør vi snart høre om utrolige gjennombrudd innen nanoteknologi.
Opprinnelsen til nanoteknologi
De fleste historikere mener at opphavsmannen til begrepet er fysikeren Richard Feynman og hans tale fra 1959: "Det er god plass nedenfor." I talen sin så for seg Feynman dagen da maskiner kunne bli redusert og så mye informasjon kodet i bittesmå rom at utrolige teknologiske gjennombrudd ville begynne fra den dagen.
Men boken av Eric Drexler, "Engines of Creation: The Coming Era of Nanotechnology", avslørte virkelig denne ideen. Drexler kom på ideen om selvreplikerende nanomaskiner: maskiner som andre maskiner bygger.
Siden disse maskinene er programmerbare, kan de brukes til å bygge ikke bare mer av disse maskinene, men hva du måtte ønske. Og siden denne konstruksjonen foregår på atomnivå, kan disse nanorobotene ta fra seg ethvert materiale (jord, vann, luft, hva som helst) atom for atom og sette sammen alt fra det.
Drexler tegnet et bilde av en verden der et helt Kongressbibliotek kunne passe på en flis med sukker terningstørrelse og der miljøskrubbere skrubber forurensninger rett ut av luften.
Salgsfremmende video:
Men før vi undersøker mulighetene for nanoteknologi, la oss gå gjennom det grunnleggende.
Hva er "nanoteknologi"?
Nanoteknologi er vitenskap, ingeniørfag og teknologi utført på nanoskalaen, som varierer fra 1 til 100 nanometer. I hovedsak manipulerer og manipulerer de materialer på atom- og molekylnivå.
For at du skal forstå, la oss tenke oss hva et nanometer er:
- Forholdet mellom Jorden og barnekuben er omtrent forholdet mellom en meter og et nanometer.
- Dette er en million ganger mindre enn myra.
- Tykkelsen på et ark papir er omtrent 100 000 nanometer.
- Diameteren til den røde blodcellen er 7000-8000 nanometer.
- Diameteren på DNA-kjeden er 2,5 nanometer.
En nanobot er en maskin som kan bygge og manipulere ting presist og på atomnivå. Se for deg en robot som kan manipulere atomer som et barn kan manipulere LEGO-murstein og konstruere hva som helst (C, N, H, O, P, Fe, Ni, etc.) fra grunnleggende atombyggesteiner. Mens noen mennesker fornekter nanobots fremtid som science fiction, må du forstå at hver enkelt av oss lever i dag takket være de utallige operasjonene til nanobots i våre billioner celler. Vi gir dem biologiske navn som "ribosomer", men i kjernen er de programmerte maskiner med funksjon.
Det er også verdt å skille mellom "våt" eller "biologisk" nanoteknologi, som bruker DNA og livets maskiner for å skape unike strukturer fra proteiner eller DNA (som byggematerialer), og mer Drexler-nanoteknologi, som innebærer å bygge en "assembler", eller maskin som engasjerer seg i 3D-utskrift med nanoskalaatomer for effektivt å skape enhver termodynamisk stabil struktur.
La oss se på noen få typer nanoteknologi som forskere sliter med.
Ulike typer nanobots og applikasjoner
Generelt er det mange nanoroboter. Her er bare noen få av dem.
- Minst mulig motorer. En gruppe fysikere fra University of Mainz i Tyskland bygde nylig den minste enkeltatommotoren i historien. Som alle andre konverterer denne motoren termisk energi i bevegelse - men den gjør det i minste skala. Atomet er fanget i en kjegle med elektromagnetisk energi, og ved hjelp av lasere blir det oppvarmet og avkjølt, noe som får atomet til å bevege seg frem og tilbake i kjeglen, som et stempel av en motor.
- 3D-bevegelige DNA-nanomachiner. Ohio State University mekaniske ingeniører designet og bygde komplekse nanoskala mekaniske deler ved hjelp av DNA origami - noe som beviser at de samme grunnleggende designprinsippene som gjelder for maskiner i full størrelse kan brukes på DNA - og kan produsere komplekse. kontrollerte komponenter for fremtidige nanoroboter.
- Nanofins. Forskere ved ETH Zurich og Technion har utviklet en elastisk "nanofin" i form av en polypyrrol (Ppy) nanotråd 15 mikrometer (milliondeler av en meter) lang og 200 nanometer tykk som kan bevege seg gjennom en biologisk væske med en hastighet på 15 mikrometer per sekund. Nanofinene kan tilpasses for å levere medisiner og bruke magneter for å lede dem gjennom blodomløpet for å målrette kreftceller, for eksempel.
- Myr nanomotorisk. Forskere ved University of Cambridge har utviklet en liten motor som er i stand til å utøve 100 ganger sin egen vekt på enhver muskel. De nye nanomotorene kan føre til nanoroboter som er små nok til å trenge gjennom levende celler og bekjempe sykdom, sier forskere. Professor Jeremy Baumberg fra Cavendish Laboratories, som leder studien, kalte enheten en "maur." Som en ekte maur kan den utøve en kraft mange ganger sin egen vekt.
- Mikroboter etter type sæd. En gruppe forskere fra University of Twente (Nederland) og det tyske universitetet i Kairo (Egypt) har utviklet sædlignende mikroroter som kan kontrolleres ved svingende svake magnetiske felt. De kan brukes til sofistikert mikromanipulering og målrettede terapeutiske oppgaver.
- Roboter basert på bakterier. Ingeniører fra Drexel University har utviklet en måte å bruke elektriske felt for å hjelpe mikroskopiske roboter drevet av bakterier oppdage og navigere hindringer. Bruksområder inkluderer medikamentlevering, manipulering av stamceller for å rette deres vekst, eller mikrostrukturkonstruksjon.
- Nano-missiler. Flere forskningsgrupper har nylig bygget en høyhastighetsversjon av fjernstyrte nanoskala-raketter ved å kombinere nanopartikler med biologiske molekyler. Forskere håper å utvikle en rakett som kan operere i ethvert miljø; for eksempel å levere et medikament til et målområde i kroppen.
De viktigste anvendelsesområdene for nano- og mikromachiner
Bruksmulighetene til slike nano- og mikromaskiner er praktisk talt uendelige. For eksempel:
- Kreftbehandling. Identifiser og ødelegg kreftceller mer nøyaktig og effektivt.
- Legemiddelleveringsmekanisme. Bygg målrettede legemiddelleveringsmekanismer for sykdomskontroll og forebygging.
- Medisinsk avbildning. Opprettelse av nanopartikler som samles i spesifikke vev og deretter skanner kroppen under magnetisk resonansavbildning kan avsløre problemer som diabetes.
- Nye sensorenheter. Med tilnærmet ubegrensede muligheter for å innstille sonderings- og skanneegenskapene til nanorobots, kunne vi oppdage kroppene våre og måle verden rundt oss mer effektivt.
- Informasjonslagringsenheter. En bioingeniør og genetiker ved Harvard Wyss har lagret 5,5 petabit data - rundt 700 terabyte - i ett gram DNA, og overgått den forrige rekorden for DNA-datatetthet med tusen ganger.
- Nye energisystemer. Nanorobots kan spille en rolle i å utvikle et mer effektivt system for bruk av fornybare energikilder. Eller de kan gjøre våre moderne maskiner mer energieffektive på en slik måte at de trenger mindre energi for å bruke samme effektivitet.
- Ekstra sterke metamaterialer. Det forskes mye på metamaterialer. En gruppe ved California Institute of Technology har utviklet en ny type materiale som består av nano-store stivere som ligner på Eiffeltårnet, som har blitt en av de sterkeste og letteste i historien.
- Smarte vinduer og vegger. Elektrokromiske enheter som dynamisk endrer farge når et potensial blir brukt, studeres mye for bruk i energieffektive smarte vinduer - noe som kan opprettholde et romets indre temperatur, selvrensende og mer.
- Mikrosvamper for å rense havene. Svampen med karbon nanorør, som kan suge opp vannforurensninger som gjødsel, sprøytemidler og legemidler, er tre ganger mer effektiv enn tidligere alternativer.
- Replikatorer. Også kjent som molekylære samlinger, kan disse foreslåtte enhetene utføre kjemiske reaksjoner ved å arrangere reaktive molekyler med atompresisjon.
- Helsesensorer. Disse sensorene kan overvåke blodkjemien vår, varsle oss om alt som skjer, oppdage skadelig mat eller betennelse i kroppen, og så videre.
- Koble hjernen vår til Internett. Ray Kurzweil tror nanorobots vil tillate oss å koble det biologiske nervesystemet vårt til skyen i 2030.
Som du ser er dette bare begynnelsen. Mulighetene er nesten uendelige.
Nanoteknologi har potensial til å løse noen av de største utfordringene verden står overfor i dag. De kan forbedre menneskets produktivitet, gi oss alle materialer, vann, energi og mat vi trenger, beskytte oss mot ukjente bakterier og virus og til og med redusere antall årsaker til å forstyrre verden.
Hvis det ikke er nok, er markedet for nanoteknologi stort. I 2020 vil den globale nanoteknologibransjen vokse til et marked på 75,8 milliarder dollar.
ILYA KHEL
