Denne artikel er en planlagt opdatering til alt, hvad du vidste om de mest kraftfulde værktøjer, som menneskeheden nogensinde kunne skabe: nanoteknologi. Peter Diamandis, en anerkendt iværksætter og ingeniør, leder og grundlægger af X-Prize Foundation, Planetary Resources og andre initiativer, skitserede sin vision om, hvad der sker i laboratorier rundt omkring i verden, og hvilke potentielle anvendelser af nanoteknologi venter inden for sundhedsydelser, energi, miljøbeskyttelse miljø, materialevidenskab, datalagring og behandling.
Da kunstig intelligens har modtaget en masse opmærksomhed i det seneste, skal vi meget snart høre om utrolige gennembrud inden for nanoteknologi.
Oprindelsen af nanoteknologi
De fleste historikere mener, at begyndelsen af udtrykket er fysikeren Richard Feynman og hans tale fra 1959: "Der er masser af plads nedenfor." I sin tale forestillede Feynman sig den dag, hvor maskiner kunne reduceres og så meget information kodes i små rum, at utrolige teknologiske gennembrud ville begynde fra den dag.
Men bogen af Eric Drexler, "Engines of Creation: The Coming Era of Nanotechnology", afslørede virkelig denne idé. Drexler kom med ideen om selvreplicerende nanomachiner: maskiner, som andre maskiner bygger.
Da disse maskiner er programmerbare, kan de bruges til at bygge ikke kun flere af disse maskiner, men hvad du end vil. Og da denne konstruktion finder sted på atomniveau, kan disse nanoroboter adskille enhver form for materiale (jord, vand, luft, hvad som helst) atom for atom og samle noget derfra.
Drexler tegnet et billede af en verden, hvor et helt Kongresbibliotek kunne passe på en chip af sukker terningstørrelse, og hvor miljøskrubbere skrubber forurenende stoffer lige ud af luften.
Salgsfremmende video:
Men inden vi udforsker nanoteknologiens muligheder, lad os gennemgå det grundlæggende.
Hvad er "nanoteknologi"?
Nanoteknologi er videnskab, teknik og teknologi, der udføres på nanoskalaen, der spænder fra 1 til 100 nanometer. I det væsentlige manipulerer og manipulerer de materialer på det atomære og molekylære niveau.
For dig at forstå, lad os forestille os, hvad et nanometer er:
- Forholdet mellem Jorden og børnenes terning er cirka forholdet mellem en meter og et nanometer.
- Dette er en million gange mindre end myrens længde.
- Tykkelsen på et ark papir er cirka 100.000 nanometer.
- Diameteren af de røde blodlegemer er 7000-8000 nanometer.
- Diameteren på DNA-kæden er 2,5 nanometer.
En nanobot er en maskine, der kan opbygge og manipulere ting præcist og på atomniveau. Forestil dig en robot, der kan manipulere atomer, ligesom et barn kan manipulere LEGO-klodser, bygge noget (C, N, H, O, P, Fe, Ni osv.) Fra grundlæggende atomære byggesten. Mens nogle mennesker benægter nanorobots fremtid som science fiction, skal du forstå, at hver af os lever i dag takket være de utallige operationer af nanobots i vores billioner af celler. Vi giver dem biologiske navne som "ribosomer", men i deres kerne er de programmerede maskiner med funktion.
Det er også værd at skelne mellem "våd" eller "biologisk" nanoteknologi, der bruger DNA og livets maskiner til at skabe unikke strukturer fra proteiner eller DNA (som byggemateriale), og mere Drexler-nanoteknologi, der involverer bygning af en "samler", eller en maskine der engagerer sig i 3D-udskrivning med nanoskalaatomer for effektivt at skabe enhver termodynamisk stabil struktur.
Lad os se på et par typer nanoteknologi, som forskere kæmper med.
Forskellige typer nanobots og applikationer
Generelt er der en masse nanorobots. Her er bare et par af dem.
- Mindst mulige motorer. En gruppe fysikere fra University of Mainz i Tyskland byggede for nylig den mindste atomatom i historien. Som alle andre konverterer denne motor termisk energi i bevægelse - men den gør det i mindste skala. Atomet er fanget i en kegle med elektromagnetisk energi, og ved hjælp af lasere opvarmes og afkøles det, hvilket får atomet til at bevæge sig frem og tilbage i keglen, som et motorstempel.
- 3D-bevægelige DNA-nanomachiner. Ohio State University mekaniske ingeniører designet og byggede komplekse nanoskala mekaniske dele ved hjælp af DNA origami - hvilket beviser, at de samme grundlæggende designprincipper, der gælder for maskiner i fuld størrelse, kan anvendes til DNA - og kan producere komplekse. kontrollerede komponenter til fremtidige nanorobots.
- Nanofins. Forskere ved ETH Zurich og Technion har udviklet en elastisk "nanofin" i form af en polypyrrol (Ppy) nanotråd 15 mikrometer (milliondels meter) lang og 200 nanometer tyk, der kan bevæge sig gennem en biologisk væske med en hastighed på 15 mikrometer per sekund. Nanofiner kan tilpasses til at levere medikamenter og bruge magneter til at lede dem gennem blodbanen for at målrette kræftceller, for eksempel.
- Ant nanomotor. Forskere ved University of Cambridge har udviklet en lille motor, der er i stand til at udøve 100 gange sin egen vægt på enhver muskel. De nye nanomotorer kan føre til nanorobotter, der er små nok til at trænge ind i levende celler og bekæmpe sygdom, siger forskere. Professor Jeremy Baumberg fra Cavendish Laboratories, der leder undersøgelsen, kaldte enheden en "myr." Som en rigtig myr kan den udøve en kraft mange gange sin egen vægt.
- Mikrobobotter efter sædtypen. Et team af forskere fra Universitetet i Twente (Holland) og det tyske universitet i Kairo (Egypten) har udviklet sædlignende mikro-robotter, der kunne styres ved svingende svage magnetfelter. De kunne bruges til sofistikeret mikromanipulation og målrettede terapeutiske opgaver.
- Roboter baseret på bakterier. Drexel University ingeniører har udviklet en måde at bruge elektriske felter til at hjælpe mikroskopiske robotter drevet af bakterier med at opdage og navigere hindringer. Anvendelser inkluderer lægemiddelafgivelse, manipulation af stamceller for at styre deres vækst eller mikrostrukturkonstruktion.
- Nano-missiler. Flere forskningsgrupper har for nylig bygget en højhastighedsversion af fjernstyrede nanoskala raketter ved at kombinere nanopartikler med biologiske molekyler. Forskere håber at udvikle en raket, der er i stand til at operere i ethvert miljø; for eksempel at levere et lægemiddel til et målområde i kroppen.
De vigtigste anvendelsesområder for nano- og mikromachiner
Anvendelsesmulighederne for sådanne nano- og mikromachiner er praktisk taget uendelige. For eksempel:
- Kræftbehandling. Identificer og ødelægg kræftceller mere nøjagtigt og effektivt.
- Lægemiddelleveringsmekanisme. Byg målrettede lægemiddelleveringsmekanismer til sygdomskontrol og -forebyggelse.
- Medicinsk billeddannelse. Oprettelsen af nanopartikler, der samles i specifikt væv og derefter scanner kroppen under magnetisk resonansafbildning, kunne afsløre problemer som diabetes.
- Nye sensorenheder. Med praktisk taget ubegrænsede muligheder for at indstille nanorobots sonderings- og scanningsegenskaber, kunne vi opdage vores kroppe og måle verden omkring os mere effektivt.
- Informationslagringsenheder. En bioingeniør og genetiker ved Harvard Wyss har med succes gemt 5,5 petabits af data - ca. 700 terabyte - i et gram DNA og overgået den forrige rekord for DNA-datatæthed tusind gange.
- Nye energisystemer. Nanorobots kan spille en rolle i udviklingen af et mere effektivt system til anvendelse af vedvarende energikilder. Eller de kan gøre vores moderne maskiner mere energieffektive på en sådan måde, at de har brug for mindre energi til at fungere med samme effektivitet.
- Ekstra stærke metamaterialer. Der er meget forskning inden for metamaterialer. En gruppe ved California Institute of Technology har udviklet en ny type materiale, der består af stivere i nanostørrelse svarende til Eiffeltårnet, som er blevet en af de stærkeste og letteste i historien.
- Smart vinduer og vægge. Elektrokromiske enheder, der dynamisk skifter farve, når et potentiale anvendes, studeres bredt til brug i energieffektive smarte vinduer - som kunne opretholde et rumets interne temperatur, selvrensende og mere.
- Mikrosvampe til at rense havene. Den nanotube svamp, der kan suge op vandforurenende stoffer som gødning, pesticider og farmaceutiske produkter, er tre gange mere effektiv end tidligere indstillinger.
- Replikatorer. Også kendt som molekylære samlinger kan disse foreslåede anordninger udføre kemiske reaktioner ved at arrangere reaktive molekyler med atomnøjagtighed.
- Sundhedsfølere. Disse sensorer kunne overvåge vores blodkemi, underrette os om alt hvad der sker, opdage skadelig mad eller betændelse i kroppen og så videre.
- Tilslutning af vores hjerner til internettet. Ray Kurzweil mener, at nanorobots vil give os mulighed for at forbinde vores biologiske nervesystem til skyen i 2030.
Som du kan se, er dette bare begyndelsen. Mulighederne er næsten uendelige.
Nanoteknologi har potentialet til at løse nogle af de største udfordringer i verden i dag. De kunne forbedre den menneskelige produktivitet, give os alle de materialer, vand, energi og mad, vi har brug for, beskytte os mod ukendte bakterier og vira og endda reducere antallet af grunde til at forstyrre verden.
Hvis det ikke er nok, er markedet for nanoteknologi enormt. I 2020 vokser den globale nanoteknologisektor til et marked på 75,8 milliarder dollars.
ILYA KHEL