Tento článek je plánovanou aktualizací všeho, co jste věděli o nejsilnějších nástrojích, které by lidstvo kdy mohlo vytvořit: nanotechnologie. Peter Diamandis, renomovaný podnikatel a inženýr, vedoucí a zakladatel Nadace X-Prize, Planetární zdroje a další iniciativy, nastínil svou vizi toho, co se děje v laboratořích po celém světě a jaké potenciální aplikace nanotechnologií čekají ve zdravotnictví, energetice, ochraně životního prostředí prostředí, věda o materiálech, ukládání a zpracování dat.
Protože umělá inteligence získala v poslední době hodně pozornosti, velmi brzy bychom měli slyšet o neuvěřitelných průlozích v oblasti nanotechnologií.
Původ nanotechnologie
Většina historiků věří, že původcem tohoto termínu je fyzik Richard Feynman a jeho projev z roku 1959: „Dole je spousta místa.“Ve svém projevu si Feynman představil den, kdy by bylo možné stroje tak omezit a tolik informací zakódovat v malých prostorech, že od toho dne začnou neuvěřitelné technologické průlomy.
Kniha od Eric Drexlera, „Motory stvoření: Nastávající éra nanotechnologií“, tuto myšlenku skutečně odhalila. Drexler přišel s myšlenkou samoreplikujících se nanomachinů: strojů, které ostatní stroje stavějí.
Vzhledem k tomu, že tyto stroje jsou programovatelné, lze je použít nejen k výrobě těchto strojů, ale i podle toho, co chcete. A protože tato konstrukce probíhá na atomové úrovni, tyto nanoroboty mohou atomem oddělit jakýkoli druh materiálu (půda, voda, vzduch, cokoli) atomem a z něj sestavit cokoli.
Drexler nakreslil obrázek světa, kde se celá knihovna Kongresu vejde na čip velikosti kostky cukru a kde pračky životního prostředí drhnou znečišťující látky přímo ze vzduchu.
Propagační video:
Než ale prozkoumáme možnosti nanotechnologií, pojďme se podívat na základy.
Co je to „nanotechnologie“?
Nanotechnologie je věda, strojírenství a technologie prováděné v nanoměřítku, která se pohybuje od 1 do 100 nanometrů. V podstatě jde o manipulaci a manipulaci s materiály na atomové a molekulární úrovni.
Abyste to pochopili, představme si, co je nanometr:
- Poměr Země k dětské kostce je přibližně poměr metru k nanometru.
- To je milionkrát menší než délka mravence.
- Tloušťka listu papíru je přibližně 100 000 nanometrů.
- Průměr červených krvinek je 7 000 - 8 000 nanometrů.
- Průměr řetězce DNA je 2,5 nanometrů.
Nanobot je stroj, který dokáže stavět a manipulovat s věcmi přesně a na atomové úrovni. Představte si robota, který dokáže manipulovat s atomy, jako dítě může manipulovat s LEGO cihlami, budovat cokoli (C, N, H, O, P, Fe, Ni, atd.) Ze základních atomových stavebních bloků. Zatímco někteří lidé popírají budoucnost nanobotů jako sci-fi, musíte pochopit, že každý z nás je dnes naživu díky nesčetným operacím nanobotů v našich bilionech buněk. Dáváme jim biologická jména jako „ribosomy“, ale ve svém jádru jsou to naprogramované stroje s funkcí.
Rovněž stojí za to rozlišovat mezi „mokrou“nebo „biologickou“nanotechnologií, která využívá DNA a stroje života k vytváření jedinečných struktur z proteinů nebo DNA (jako stavební materiály), a více Drexlerovy nanotechnologie, která zahrnuje výstavbu „assembleru“nebo stroje, které zapojuje se do 3D tisku s atomy nanočástic, aby účinně vytvořil jakoukoli termodynamicky stabilní strukturu.
Pojďme se podívat na několik typů nanotechnologií, se kterými se vědci potýkají.
Různé typy nanobotů a aplikací
Obecně existuje spousta nanorobotů. Zde je jen několik z nich.
- Nejmenší možné motory. Skupina fyziků z University of Mainz v Německu nedávno postavila nejmenší jedno atomový motor v historii. Stejně jako všechny ostatní i tento motor přeměňuje tepelnou energii v pohyb - ale činí to v nejmenším měřítku. Atom je uvězněn v kuželu elektromagnetické energie a pomocí laserů je zahříván a ochlazován, což způsobuje, že se atom pohybuje v kuželu dopředu a dozadu, jako píst motoru.
- 3D pohyblivé nanomachiny DNA. Ohio State University mechaničtí inženýři navrhli a postavili komplexní nanoměřítko mechanické části za použití DNA origami - prokazující, že stejné základní konstrukční principy, které platí pro stroje plné velikosti, lze aplikovat na DNA - a mohou produkovat složité. řízené komponenty pro budoucí nanoroboty.
- Nanofiny. Vědci z ETH v Curychu a Technionu vyvinuli elastický „nanofin“ve formě polypyrrolového (Ppy) nanowire 15 mikrometrů (miliontiny metru) dlouhého a 200 nanometrů tlustého, který se může pohybovat biologickou tekutinou rychlostí 15 mikrometrů za sekundu. Nanofiny mohou být přizpůsobeny například k dodávání léčiv a použití magnetů k jejich vedení krevním oběhem k cílení rakovinných buněk.
- Ant nanomotor. Vědci z University of Cambridge vyvinuli malý motor schopný vyvinout 100násobek své vlastní váhy na jakýkoli sval. Vědci tvrdí, že nové nanomotory by mohly vést k natolik malým nanorobotům, aby pronikly živými buňkami a bojovaly proti nemocem. Profesor Jeremy Baumberg z Cavendish Laboratories, který studii vede, nazval zařízení „mravencem“. Jako skutečný mravenec může mnohokrát vyvinout sílu svou vlastní váhou.
- Mikroboty podle typu spermií. Tým vědců z University of Twente (Nizozemsko) a Německé univerzity v Káhiře (Egypt) vyvinul mikro-roboty spermií, které by bylo možné ovládat oscilací slabých magnetických polí. Mohly by být použity pro sofistikované mikromanipulace a cílené terapeutické úkoly.
- Roboti na bázi bakterií. Inženýři Drexel University vyvinuli způsob, jak pomocí elektrických polí pomoci mikroskopickým robotům poháněným bakteriemi detekovat a navigovat překážky. Aplikace zahrnují dodávání léčiv, manipulaci s kmenovými buňkami pro řízení jejich růstu nebo konstrukci mikrostruktury.
- Nano rakety. Několik výzkumných skupin nedávno vytvořilo vysokorychlostní verzi dálkově ovládaných raket s nanočásticemi kombinováním nanočástic s biologickými molekulami. Vědci doufají, že vyvinou raketu schopnou provozu v jakémkoli prostředí; například k dodání léku do cílové oblasti těla.
Hlavní oblasti použití nano- a mikromachine
Možnosti použití takových nano- a mikromachinů jsou prakticky nekonečné. Například:
- Léčba rakoviny. Přesněji a účinněji identifikujte a zničte rakovinné buňky.
- Mechanismus podávání léků. Vybudujte cílené mechanismy dodávání léčiv pro kontrolu a prevenci nemocí.
- Lékařské zobrazování. Vytvoření nanočástic, které se shromažďují ve specifických tkáních a poté skenují tělo během zobrazování magnetickou rezonancí, by mohlo odhalit problémy, jako je diabetes.
- Nová snímací zařízení. S prakticky neomezenými možnostmi vyladění sond a skenovacích charakteristik nanorobotů jsme mohli objevit naše těla a efektivněji měřit svět kolem nás.
- Zařízení pro ukládání informací. Bioinženýr a genetik v Harvardu Wyss úspěšně uložil 5,5 petabits dat - asi 700 terabajtů - do jednoho gramu DNA, čímž překonal předchozí záznam o hustotě dat DNA tisíckrát.
- Nové energetické systémy. Nanoroboty mohou hrát roli při vývoji účinnějšího systému pro využívání obnovitelných zdrojů energie. Nebo by mohli učinit naše moderní stroje energeticky účinnějšími tak, aby potřebovali méně energie, aby mohli pracovat se stejnou účinností.
- Extra silné metamateriály. V oblasti metamateriálů existuje mnoho výzkumů. Skupina v Kalifornském technologickém institutu vyvinula nový typ materiálu složený z nano-rozměrných vzpěr podobných těm z Eiffelovy věže, která se stala jednou z nejsilnějších a nejlehčích v historii.
- Inteligentní okna a stěny. Elektrochromní zařízení, která při využití potenciálu dynamicky mění barvu, jsou široce studována pro použití v energeticky účinných inteligentních oknech - která by mohla udržovat vnitřní teplotu místnosti, samočistit a další.
- Mikro houby pro čištění oceánů. Houba z uhlíkových nanotrubic, která může nasávat látky znečišťující vodu, jako jsou hnojiva, pesticidy a léčiva, je třikrát účinnější než předchozí možnosti.
- Replikátory. Tato navrhovaná zařízení, známá také jako molekulární sestavovatelé, mohou provádět chemické reakce uspořádáním reaktivních molekul s atomovou přesností.
- Zdravotní senzory. Tyto senzory by mohly monitorovat naši chemii krve, informovat nás o všem, co se děje, detekovat škodlivé jídlo nebo zánět v těle atd.
- Připojení našich mozků k internetu. Ray Kurzweil věří, že nanoroboty nám umožní připojit náš biologický nervový systém k cloudu v roce 2030.
Jak vidíte, toto je jen začátek. Možnosti jsou téměř nekonečné.
Nanotechnologie má potenciál vyřešit některé z největších výzev, kterým dnešní svět čelí. Mohli by zlepšit lidskou produktivitu, poskytnout nám všechny potřebné materiály, vodu, energii a jídlo, chránit nás před neznámými bakteriemi a viry a dokonce snížit počet důvodů pro narušení světa.
Pokud to nestačí, trh nanotechnologií je obrovský. Do roku 2020 poroste světový nanotechnologický průmysl na trh 75,8 miliard dolarů.
ILYA KHEL