Artikel ini adalah kemas kini terancang untuk semua yang anda ketahui mengenai alat paling kuat yang pernah boleh dibuat oleh manusia: nanoteknologi. Peter Diamandis, seorang usahawan dan jurutera yang terkenal, ketua dan pengasas Yayasan X-Prize, Planetary Resources dan inisiatif lain, menggariskan visinya tentang apa yang berlaku di makmal di seluruh dunia dan apa potensi aplikasi nanoteknologi menanti dalam penjagaan kesihatan, tenaga, perlindungan alam sekitar persekitaran, sains bahan, penyimpanan dan pemprosesan data.
Oleh kerana kecerdasan buatan telah mendapat banyak perhatian sejak kebelakangan ini, tidak lama lagi kita akan mendengar tentang kejayaan yang luar biasa dalam bidang nanoteknologi.
Asal-usul nanoteknologi
Sebilangan besar sejarawan percaya bahawa pencetus istilah ini adalah ahli fizik Richard Feynman dan ucapannya pada tahun 1959: "Terdapat banyak ruang di bawah ini." Dalam ucapannya, Feynman membayangkan hari ketika mesin dapat dikurangkan begitu banyak dan begitu banyak maklumat dikodkan di ruang kecil sehingga kejayaan teknologi yang luar biasa akan bermula dari hari itu.
Tetapi buku karya Eric Drexler, "Engines of Creation: The Coming Era of Nanotechnology", benar-benar mengungkapkan idea ini. Drexler muncul dengan idea untuk meniru nanomachines sendiri: mesin yang dibina oleh mesin lain.
Oleh kerana mesin ini dapat diprogramkan, mesin ini dapat digunakan untuk membina bukan sahaja lebih banyak mesin ini, tetapi apa sahaja yang anda mahukan. Dan kerana pembinaan ini berlaku pada tahap atom, nanorobots ini dapat memisahkan atom apa pun dari bahan (tanah, air, udara, apa sahaja) oleh atom dan mengumpulkan apa sahaja daripadanya.
Drexler melukis gambaran tentang dunia di mana seluruh perpustakaan Kongres dapat memuatkan sekeping cube gula dan di mana pembersih alam sekitar menggosok bahan cemar di luar udara.
Video promosi:
Tetapi sebelum kita meneroka kemungkinan teknologi nano, mari kita bahas asas-asasnya.
Apa itu "nanoteknologi"?
Nanoteknologi adalah sains, kejuruteraan dan teknologi yang dijalankan pada skala nano, yang berkisar antara 1 hingga 100 nanometer. Pada asasnya, mereka memanipulasi dan memanipulasi bahan pada tahap atom dan molekul.
Untuk anda fahami, mari kita bayangkan apa itu nanometer:
- Nisbah Bumi ke kubus kanak-kanak adalah kira-kira nisbah meter ke nanometer.
- Ini sejuta kali lebih kecil daripada panjang semut.
- Ketebalan sehelai kertas kira-kira 100,000 nanometer.
- Diameter sel darah merah ialah 7000-8000 nanometer.
- Diameter rantai DNA ialah 2.5 nanometer.
Nanobot adalah mesin yang dapat membina dan memanipulasi sesuatu dengan tepat dan pada tahap atom. Bayangkan robot yang dapat memanipulasi atom, seperti kanak-kanak dapat memanipulasi batu bata LEGO, membina apa sahaja (C, N, H, O, P, Fe, Ni, dll.) Dari blok asas atom. Walaupun sebilangan orang menolak masa depan nanobots sebagai fiksyen ilmiah, anda mesti memahami bahawa kita masing-masing hidup hari ini berkat operasi nanobots yang tidak terkira banyaknya dalam triliunan sel kita. Kami memberi mereka nama biologi seperti "ribosom," tetapi pada intinya mereka adalah mesin yang diprogramkan dengan fungsi.
Ia juga bernilai membuat perbezaan antara nanoteknologi "basah" atau "biologi", yang menggunakan DNA dan mesin kehidupan untuk membuat struktur unik dari protein atau DNA (sebagai bahan binaan), dan lebih banyak nanoteknologi Drexler, yang melibatkan pembinaan "assembler", atau mesin yang terlibat dalam percetakan 3D dengan atom skala nano untuk menghasilkan struktur termodinamik yang stabil.
Mari kita lihat beberapa jenis nanoteknologi yang sedang dihadapi oleh penyelidik.
Jenis nanobots dan aplikasi yang berbeza
Secara umum, terdapat banyak nanorobots. Berikut adalah beberapa daripadanya.
- Enjin sekecil mungkin. Sekumpulan ahli fizik dari University of Mainz di Jerman baru-baru ini membina enjin atom tunggal terkecil dalam sejarah. Seperti yang lain, enjin ini menukar tenaga terma menjadi bergerak - tetapi ia melakukannya pada skala terkecil. Atom terperangkap dalam kerucut tenaga elektromagnetik, dan dengan bantuan laser, ia dipanaskan dan disejukkan, yang menyebabkan atom bergerak bolak-balik di dalam kerucut seperti omboh mesin.
- Nanomachines DNA bergerak 3D. Jurutera mekanikal Universiti Negeri Ohio merancang dan membina bahagian mekanikal skala nano yang kompleks menggunakan origami DNA - membuktikan bahawa prinsip reka bentuk asas yang sama yang berlaku untuk mesin bersaiz penuh dapat digunakan pada DNA - dan dapat menghasilkan yang kompleks. komponen terkawal untuk nanorobots masa depan.
- Nanofin. Para saintis di ETH Zurich dan Technion telah mengembangkan "nanofin" elastik dalam bentuk kawat nanow polypyrrole (Ppy) 15 mikrometer (sepersejuta meter) dan tebal 200 nanometer yang dapat bergerak melalui cecair biologi dengan kelajuan 15 mikrometer sesaat. Nanofin dapat disesuaikan untuk menyampaikan ubat dan menggunakan magnet untuk membimbing mereka melalui aliran darah untuk menargetkan sel barah, misalnya.
- Semen nanomotor. Para saintis di University of Cambridge telah mengembangkan sebuah motor kecil yang mampu mengerahkan 100 kali beratnya sendiri pada otot mana pun. Nanomotor baru boleh menyebabkan nanorobots yang cukup kecil untuk menembusi sel hidup dan melawan penyakit, kata para saintis. Profesor Jeremy Baumberg dari Cavendish Laboratories, yang memimpin kajian ini, menyebut alat itu sebagai "semut." Seperti semut yang sebenarnya, ia dapat menggunakan kekuatan berkali-kali dengan beratnya sendiri.
- Robot mikro mengikut jenis sperma. Sekumpulan saintis dari University of Twente (Belanda) dan Universiti Jerman di Kaherah (Mesir) telah mengembangkan robot mikro seperti sperma yang dapat dikendalikan dengan mengayunkan medan magnet yang lemah. Mereka dapat digunakan untuk manipulasi mikro yang canggih dan tugas terapi yang disasarkan.
- Robot berdasarkan bakteria. Jurutera Universiti Drexel telah mengembangkan cara untuk menggunakan medan elektrik untuk membantu robot mikroskopik yang dikuasakan oleh bakteria mengesan dan menavigasi halangan. Aplikasi termasuk penghantaran ubat, manipulasi sel induk untuk mengarahkan pertumbuhannya, atau pembinaan struktur mikro.
- Peluru berpandu Nano. Beberapa kumpulan penyelidikan baru-baru ini membina roket skala nano jarak jauh yang berkelajuan tinggi dengan menggabungkan nanopartikel dengan molekul biologi. Para saintis berharap dapat mengembangkan roket yang mampu beroperasi di mana-mana persekitaran; sebagai contoh, untuk menghantar ubat ke kawasan sasaran badan.
Bidang utama penggunaan nano- dan micromachines
Kemungkinan penggunaan nano- dan micromachines seperti itu hampir tidak berkesudahan. Sebagai contoh:
- Rawatan barah. Mengenal dan memusnahkan sel barah dengan lebih tepat dan cekap.
- Mekanisme penghantaran ubat. Membina mekanisme penyampaian ubat yang disasarkan untuk kawalan dan pencegahan penyakit.
- Pengimejan perubatan. Penciptaan nanopartikel yang terkumpul dalam tisu tertentu dan kemudian mengimbas badan semasa pengimejan resonans magnetik dapat mendedahkan masalah seperti diabetes.
- Peranti penderiaan baru. Dengan kemungkinan yang hampir tidak terbatas untuk menyesuaikan ciri penyiasatan dan pengimbasan nanorobots, kita dapat menemui badan kita dan mengukur dunia di sekitar kita dengan lebih berkesan.
- Peranti simpanan maklumat. Seorang bioengineer dan ahli genetik di Harvard Wyss telah berjaya menyimpan 5.5 petabits data - sekitar 700 terabyte - dalam satu gram DNA, melebihi rekod sebelumnya untuk kepadatan data DNA sebanyak seribu kali.
- Sistem tenaga baru. Nanorobots dapat berperanan dalam mengembangkan sistem yang lebih efisien untuk menggunakan sumber tenaga yang boleh diperbaharui. Atau mereka boleh menjadikan mesin moden kita lebih cekap tenaga sedemikian rupa sehingga mereka memerlukan lebih sedikit tenaga untuk beroperasi pada kecekapan yang sama.
- Metamaterial yang sangat kuat. Terdapat banyak penyelidikan dalam bidang metamaterials. Sebuah kumpulan di California Institute of Technology telah mengembangkan jenis bahan baru yang terdiri daripada tali berukuran nano yang serupa dengan Menara Eiffel, yang telah menjadi salah satu yang terkuat dan paling ringan dalam sejarah.
- Tingkap dan dinding pintar. Peranti elektrokromik yang berubah warna secara dinamis ketika potensi digunakan sedang dikaji secara meluas untuk digunakan di tingkap pintar yang cekap tenaga - yang dapat mempertahankan suhu dalaman ruangan, membersihkan diri, dan banyak lagi.
- Span mikro untuk membersihkan lautan. Sponge nanotube karbon, yang dapat menyedut bahan pencemar air seperti baja, racun perosak dan farmaseutikal, tiga kali lebih berkesan daripada pilihan sebelumnya.
- Peniru. Juga dikenal sebagai penghasil molekul, alat yang dicadangkan ini dapat melakukan reaksi kimia dengan mengatur molekul reaktif dengan ketepatan atom.
- Sensor kesihatan. Sensor ini dapat memantau kimia darah kita, memberitahu kita tentang semua yang berlaku, mengesan makanan atau keradangan berbahaya di dalam badan, dan sebagainya.
- Menghubungkan otak kita ke Internet. Ray Kurzweil yakin nanorobots akan membolehkan kita menghubungkan sistem saraf biologi kita ke awan pada tahun 2030.
Seperti yang anda lihat, ini baru permulaan. Kemungkinannya hampir tidak berkesudahan.
Nanoteknologi berpotensi untuk menyelesaikan beberapa cabaran terbesar yang dihadapi dunia sekarang ini. Mereka dapat meningkatkan produktiviti manusia, memberi kita semua bahan, air, tenaga dan makanan yang kita perlukan, melindungi kita dari bakteria dan virus yang tidak diketahui, dan bahkan mengurangkan jumlah sebab untuk mengganggu dunia.
Sekiranya itu tidak mencukupi, pasaran untuk nanoteknologi sangat besar. Menjelang tahun 2020, industri nanoteknologi global akan berkembang menjadi pasaran $ 75.8 bilion.
ILYA KHEL
