Koliko god ovo pitanje zvučalo čudno u naše vrijeme, na njega će se morati odgovoriti. Barem za sebe. Komunicirajući sa znanstvenicima i stručnjacima koji se bave ovom industrijom, došao sam do zaključka da to pitanje još uvijek ostaje otvoreno.

Netko na Wikipediji je to ovako definirao:

Nanotehnologija je interdisciplinarno područje fundamentalne i primijenjene znanosti i tehnologije, koje se bavi kombinacijom teorijskog opravdanja, praktičnih metoda istraživanja, analize i sinteze, kao i metoda za proizvodnju i korištenje proizvoda sa zadanom atomskom strukturom kontroliranom manipulacijom pojedinačnih atoma i molekula.

A ova definicija je postojala prije 2 godine:

Nanotehnologija je područje primijenjene znanosti i tehnologije koje se bavi proučavanjem svojstava objekata i razvojem uređaja dimenzija reda veličine nanometra (prema SI sustavu jedinica 10 -9 metara).

Popularni tisak koristi još jednostavniju i prosječnoj osobi razumljiviju definiciju:

Nanotehnologija je tehnologija za manipuliranje materijom na atomskoj i molekularnoj razini.

(Volim kratke definicije :))

Ili evo definicije profesora G. G. Elenina (MSU, Institut primijenjene matematike M. V. Keldysh RAS):

Nanotehnologija je interdisciplinarno znanstveno područje u kojem se proučavaju zakonitosti fizikalnih i kemijskih procesa u prostornim područjima nanometarskih dimenzija radi upravljanja pojedinim atomima, molekulama, molekularnim sustavima u stvaranju novih molekula, nanostruktura, nanouređaja i materijala s posebnim fizikalnim svojstvima. , kemijska i biološka svojstva.

Da, generalno, sve je sasvim jasno.. Ali naš (posebno napominjem, domaći) pedantni skeptik će reći: „Ma šta, svaki put kad otopimo komadić šećera u čaši čaja, ne manipuliramo li sa supstancom na na molekularnoj razini?"

I bit će u pravu. Vodećim konceptima potrebno je dodati “kontrolu i preciznost manipulacije”.

Savezna agencija za znanost i inovacije u „Konceptu razvoja rada u području nanotehnologije u Ruskoj Federaciji do 2010.“ daje sljedeću definiciju:

„Nanotehnologija je skup metoda i tehnika koje pružaju mogućnost stvaranja i modificiranja objekata na kontrolirani način, uključujući komponente veličine manje od 100 nm, barem u jednoj dimenziji, i kao rezultat toga, dobivanje temeljno novih kvaliteta koje omogućiti njihovu integraciju u potpuno funkcionalne velike sustave; u širem smislu, ovaj pojam također obuhvaća metode dijagnostike, karakterologije i istraživanja takvih objekata."

Wow! Snažno rečeno!

Ili, državni tajnik Ministarstva obrazovanja i znanosti Ruske Federacije Dmitry Livanov definira nanotehnologiju kao:

“skup znanstvenih, tehnoloških i industrijskih područja koja su ujedinjena u jedinstvenu kulturu temeljenu na operacijama s materijom na razini pojedinačnih molekula i atoma.”

Jednostavan skeptik je zadovoljan, ali skeptik-specijalist će reći: „Nisu li to iste nanotehnologije kojima se tradicionalna kemija ili molekularna biologija i mnoga druga područja znanosti neprestano bave, stvarajući nove tvari u kojima se određuju njihova svojstva i struktura. objektima nano veličine povezanim na određeni način?"

Što uraditi? Razumijemo što je "nanotehnologija" .. osjećamo to, moglo bi se reći .. Pokušajmo dodati još par pojmova definiciji.

Occamova britva

Nanotehnologija: svaka tehnologija za stvaranje proizvoda čija su potrošačka svojstva određena potrebom za kontrolom i manipuliranjem pojedinačnim objektima nano veličine.

Kratko i štedljivo? Objasnimo pojmove koji se koriste u definiciji:

"Bilo koji": Ovaj termin je namijenjen pomirenju stručnjaka iz različitih znanstvenih i tehnoloških područja. S druge strane, ovaj pojam obvezuje organizacije koje kontroliraju proračun razvoja nanotehnologije da vode računa o financiranju širokog spektra područja. Uključujući, naravno, molekularne biotehnologije. (Bez potrebe za umjetnim dodavanjem prefiksa "nano-" nazivu ovih smjerova). Smatram ga prilično važnim pojmom za situaciju s nanotehnologijom u našoj zemlji u trenutnoj fazi :).

"Potrošačka svojstva" (možete, naravno, upotrijebiti tradicionalni izraz "Potrošačka vrijednost" - kako želite): stvaranje proizvoda korištenjem tako naprednih metoda kao što su kontrola i manipulacija materijom na nanoskali trebala bi prenijeti neka nova potrošačka svojstva ili utjecati na cijenu proizvoda, u suprotnom postaje besmislen.

Također je jasno da, primjerice, nanocijevi, kod kojih jedna od linearnih dimenzija leži u području tradicionalnih dimenzija, također potpadaju pod ovu definiciju. Istodobno, sami stvoreni proizvodi mogu imati bilo koju veličinu - od "nano" do tradicionalne.

"Pojedinac": prisutnost ovog pojma udaljava definiciju od tradicionalne kemije i jasno zahtijeva prisutnost najnaprednijih znanstvenih, mjeriteljskih i tehnoloških alata koji mogu osigurati kontrolu nad pojedinačnim, a po potrebi i specifičnim nano-objektima. Individualnom kontrolom dobivamo predmete koji imaju potrošačku novost. Moglo bi se tvrditi da, na primjer, mnoge postojeće tehnologije za industrijsku proizvodnju ultrafinih materijala ne zahtijevaju takvu kontrolu, ali to je samo na prvi pogled; zapravo ovjereni Proizvodnja ultradisperznih materijala nužno zahtijeva kontrolu nad veličinom pojedinačnih čestica.

"Kontrolirati" , bez "Manipulacija" proširuje definiciju na tzv. nanotehnologija “prethodne generacije”.
"Kontrolirati" zajedno s "Manipulacija" proširuje definiciju na napredne nanotehnologije.

Dakle, ako smo u stanju pronaći određeni objekt nano veličine, kontrolirati i po potrebi promijeniti njegovu strukturu i veze, onda je to “nanotehnologija”. Ako dobivamo objekte nano veličine bez mogućnosti takve kontrole (nad konkretnim nano objektima), onda to nije nanotehnologija ili, u najboljem slučaju, nanotehnologija “prethodne generacije”.

"Objekti nano veličine": atom, molekula, supramolekularna tvorevina.

Općenito, definicija pokušava povezati znanost i tehnologiju s ekonomijom. Oni. zadovoljava postizanje glavnih ciljeva programa razvoja nanoindustrije: stvaranje tehnologija temeljenih na naprednim istraživačkim i proizvodnim metodama, kao i komercijalizacija postignutih postignuća.

Ruski predsjednik Dmitrij Medvedev uvjeren je da u zemlji postoje svi uvjeti za uspješan razvoj nanotehnologije.

Nanotehnologija je novi smjer znanosti i tehnologije koji se aktivno razvija posljednjih desetljeća. Nanotehnologije uključuju stvaranje i korištenje materijala, uređaja i tehničkih sustava čije je funkcioniranje određeno nanostrukturom, odnosno njezinim uređenim fragmentima veličine od 1 do 100 nanometara.

Prefiks "nano", koji dolazi iz grčkog jezika ("nanos" na grčkom - gnom), označava jedan milijarditi dio. Jedan nanometar (nm) je milijardni dio metra.

Izraz "nanotehnologija" skovao je 1974. Norio Taniguchi, znanstvenik za materijale sa Sveučilišta u Tokiju, koji ju je definirao kao "proizvodnu tehnologiju koja može postići ultra-visoku preciznost i ultra-male dimenzije... reda veličine 1 nm...” .

U svjetskoj literaturi nanoznanost se jasno razlikuje od nanotehnologije. Za nanoznanost se također koristi izraz znanost nanomjera.

U ruskom jeziku iu praksi ruskog zakonodavstva i regulatornih dokumenata pojam "nanotehnologija" kombinira "nanoznanost", "nanotehnologiju", a ponekad čak i "nanoindustriju" (područja poslovanja i proizvodnje u kojima se koriste nanotehnologije).

Najvažnije komponente nanotehnologije su nanomaterijala, odnosno materijala čija su neobična funkcionalna svojstva određena uređenom strukturom njihovih nanofragmenata veličine od 1 do 100 nm.

- nanoporozne strukture;
- nanočestice;
- nanocijevi i nanovlakna
- nanodisperzije (koloidi);
- nanostrukturne površine i filmovi;
- nanokristali i nanoklasteri.

Tehnologija nanosustava– funkcionalno cjeloviti sustavi i uređaji izrađeni u cijelosti ili djelomično na bazi nanomaterijala i nanotehnologija, čija su svojstva bitno drugačija od karakteristika sustava i uređaja slične namjene izrađenih tradicionalnim tehnologijama.

Područja primjene nanotehnologije

Gotovo je nemoguće nabrojati sva područja u kojima ova globalna tehnologija može značajno utjecati na tehnološki napredak. Možemo navesti samo neke od njih:

- elementi nanoelektronike i nanofotonike (poluvodički tranzistori i laseri;
- foto detektori; Solarne ćelije; razni senzori);
- ultra-gusti uređaji za snimanje informacija;
- telekomunikacije, informacijske i računalne tehnologije; superračunala;
- video oprema - ravni ekrani, monitori, video projektori;
- molekularne elektroničke uređaje, uključujući sklopke i elektroničke sklopove na molekularnoj razini;
- nanolitografija i nanootisak;
- gorivne ćelije i uređaji za pohranu energije;
- uređaji mikro- i nanomehanike, uključujući molekularne motore i nanomotore, nanorobote;
- nanokemija i kataliza, uključujući kontrolu izgaranja, premazivanje, elektrokemiju i farmaceutske proizvode;
- primjene u zrakoplovstvu, svemiru i obrani;
- uređaji za nadzor okoliša;
- ciljana isporuka lijekova i proteina, biopolimeri i zacjeljivanje bioloških tkiva, klinička i medicinska dijagnostika, izrada umjetnih mišića, kostiju, implantacija živih organa;
- biomehanika; genomika; bioinformatika; bioinstrumentacija;
- registraciju i identifikaciju kancerogenih tkiva, patogena i biološki štetnih agensa;
- sigurnost u poljoprivredi i proizvodnji hrane.

Računala i mikroelektronika

Nanoračunalo— računalni uređaj temeljen na elektroničkim (mehaničkim, biokemijskim, kvantnim) tehnologijama s veličinom logičkih elemenata reda veličine nekoliko nanometara. Samo računalo, razvijeno na temelju nanotehnologije, također ima mikroskopske dimenzije.

DNK računalo- računalni sustav koji koristi računalne mogućnosti molekula DNA. Biomolekularno računalstvo skupni je naziv za različite tehnike povezane na ovaj ili onaj način s DNK ili RNK. U DNK računalstvu podaci nisu predstavljeni u obliku nula i jedinica, već u obliku molekularne strukture izgrađene na temelju DNK spirale. Ulogu softvera za čitanje, kopiranje i upravljanje podacima obavljaju posebni enzimi.

Mikroskop atomske sile- skenirajući probni mikroskop visoke rezolucije koji se temelji na interakciji konzolne igle (sonde) s površinom uzorka koji se proučava. Za razliku od skenirajućeg tunelskog mikroskopa (STM), može ispitivati ​​i vodljive i nevodljive površine čak i kroz sloj tekućine, što omogućuje rad s organskim molekulama (DNA). Prostorna rezolucija mikroskopa atomske sile ovisi o veličini konzole i zakrivljenosti njezina vrha. Horizontalno doseže atomsku rezoluciju, a okomito je znatno premašuje.

Antena-oscilator- 9. veljače 2005. u laboratoriju bostonskog sveučilišta dobivena je antena-oscilator dimenzija oko 1 mikrona. Ovaj uređaj ima 5000 milijuna atoma i sposoban je oscilirati na frekvenciji od 1,49 gigaherca, što mu omogućuje prijenos ogromne količine informacija.

Nanomedicina i farmaceutska industrija

Smjer u modernoj medicini koji se temelji na korištenju jedinstvenih svojstava nanomaterijala i nanoobjekata za praćenje, dizajn i modificiranje ljudskih bioloških sustava na nanomolekularnoj razini.

DNK nanotehnologija- koristiti specifične baze molekula DNA i nukleinske kiseline kako bi na njihovoj osnovi stvorili jasno definirane strukture.

Industrijska sinteza molekula lijekova i farmakoloških pripravaka jasno definiranog oblika (bis‑peptidi).

Početkom 2000. godine brzi napredak tehnologije nanočestica dao je poticaj razvoju novog područja nanotehnologije: nanoplazmonika. Pokazalo se da je moguće prenijeti elektromagnetsko zračenje duž lanca metalnih nanočestica uz pomoć pobude plazmonskih oscilacija.

Robotika

Nanoroboti- roboti stvoreni od nanomaterijala i po veličini usporedivi s molekulom, s funkcijama kretanja, obrade i prijenosa informacija te izvršavanja programa. Nanoroboti sposobni stvarati svoje kopije, tj. samoreprodukcije nazivaju se replikatori.

Trenutno su već stvoreni elektromehanički nanouređaji s ograničenom mobilnošću, koji se mogu smatrati prototipovima nanorobota.

Molekularni rotori- sintetički motori nano veličine sposobni generirati okretni moment kada se na njih primijeni dovoljno energije.

Mjesto Rusije među zemljama koje razvijaju i proizvode nanotehnologiju

Svjetski lideri po ukupnim ulaganjima u nanotehnologiju su zemlje EU, Japan i SAD. Nedavno su Rusija, Kina, Brazil i Indija značajno povećale ulaganja u ovu industriju. U Rusiji će iznos financiranja u okviru programa "Razvoj infrastrukture nanoindustrije u Ruskoj Federaciji za 2008. - 2010." iznositi 27,7 milijardi rubalja.

Najnovije (2008.) izvješće londonske istraživačke tvrtke Cientifica, pod nazivom Nanotechnology Outlook Report, doslovno opisuje ruska ulaganja na sljedeći način: “Iako je EU još uvijek na prvom mjestu po ulaganjima, Kina i Rusija već su prestigle Sjedinjene Države. ”

Postoje područja u nanotehnologiji u kojima su ruski znanstvenici postali prvi u svijetu, dobivši rezultate koji su postavili temelje za razvoj novih znanstvenih trendova.

Među njima su proizvodnja ultradisperznih nanomaterijala, dizajn jednoelektronskih uređaja, kao i rad u području atomske sile i skenirajuće sonde mikroskopije. Samo na posebnoj izložbi održanoj u okviru XII Sanktpeterburškog ekonomskog foruma (2008.) predstavljeno je odjednom 80 specifičnih razvoja.

Rusija već proizvodi brojne nanoproizvode koji su traženi na tržištu: nanomembrane, nanopraškove, nanocijevi. Međutim, prema stručnjacima, Rusija u komercijalizaciji nanotehnoloških dostignuća zaostaje za Sjedinjenim Državama i drugim razvijenim zemljama deset godina.

Materijal je pripremljen na temelju informacija iz otvorenih izvora

) — Ovaj pojam trenutno nema jedinstvenu, općeprihvaćenu definiciju. Pod pojmom "nanotehnologija" RUSNANO podrazumijeva skup tehnoloških metoda i tehnika koje se koriste u proučavanju, projektiranju i proizvodnji materijala, uređaja i sustava, uključujući ciljanu kontrolu i upravljanje strukturom, kemijskim sastavom i interakcijom njihovih pojedinačnih elemenata nanomjere (s dimenzije reda veličine 100 nm ili manje prema barem jednom od mjerenja), koje dovode do poboljšanja ili pojave dodatnih radnih i/ili potrošačkih karakteristika i svojstava dobivenih proizvoda.

Opis

Pojam "nanotehnologija" prvi je upotrijebio profesor u svom izvješću "O osnovnom konceptu nanotehnologije" na međunarodnoj konferenciji u Tokiju 1974. U početku se pojam "nanotehnologija" koristio u užem smislu i označavao je skup procesa koji pružaju visokopreciznu obradu koristeći visokoenergetske zrake elektrona, fotona i iona, taloženje filma i ultra tanke. Trenutno se pojam "nanotehnologija" koristi u širokom smislu, pokrivajući i kombinirajući tehnološke procese, tehnike i sustave strojeva i mehanizama dizajniranih za izvođenje ultrapreciznih operacija na skali od nekoliko nanometara.

Objekti nanotehnologije mogu biti izravno niskodimenzionalni objekti dimenzija karakterističnih za nanoraspon u barem jednoj dimenziji (nanofilmovi) i makroskopski objekti (rasuti materijali, pojedinačni elementi uređaja i sustava), čija se struktura kontrolirano stvara i mijenja. s rezolucijom na razini pojedinih nanoelemenata . Smatra se da su uređaji ili sustavi proizvedeni korištenjem nanotehnologije ako je barem jedna od njihovih glavnih komponenti predmet nanotehnologije, odnosno postoji barem jedna faza tehnološkog procesa čiji je rezultat predmet nanotehnologije.

Autori

• Goldt Ilya Valerievich
• Gusev Aleksandar Ivanovič

Izvori

1. Gusev A.I. Nanomaterijali, nanostrukture, nanotehnologije. - M.: Fizmatlit, 2007. - 416 str.
2. Gusev A. I., Rempel A. A. Nanokristalni materijali. - Cambridge: Cambridge International Science Publishing, 2004. - 351 str.

Nanotehnologija je polje fundamentalne i primijenjene znanosti i tehnologije koje se bavi skupom teorijskih opravdanja, praktičnih metoda istraživanja, analize i sinteze, kao i metodama za proizvodnju i uporabu proizvoda zadane atomske strukture kontroliranom manipulacijom pojedinačnih atomi i molekule.

Priča

Mnogi izvori, prvenstveno oni na engleskom jeziku, prvi spomen metoda koje će kasnije biti nazvane nanotehnologija povezuju s poznatim govorom Richarda Feynmana “There’s Plenty of Room at the Bottom” koji je održao 1959. godine na Kalifornijskom institutu za tehnologiju na godišnjoj sastanak Američkog fizikalnog društva. Richard Feynman je sugerirao da je moguće mehanički pomicati pojedinačne atome pomoću manipulatora odgovarajuće veličine, barem takav proces ne bi bio u suprotnosti s danas poznatim zakonima fizike.

Predložio je da se ovaj manipulator izvede na sljedeći način. Potrebno je izgraditi mehanizam koji bi stvorio kopiju samoga sebe, samo red veličine manju. Stvoreni manji mehanizam mora opet stvoriti svoju kopiju, opet za red veličine manju, i tako sve dok dimenzije mehanizma ne budu razmjerne dimenzijama reda jednog atoma. U tom slučaju će biti potrebno napraviti promjene u strukturi ovog mehanizma, jer će gravitacijske sile koje djeluju u makrokozmosu imati sve manji utjecaj, a sile međumolekulskih interakcija i van der Waalsove sile će sve više utjecati na rad mehanizam.

Posljednja faza - rezultirajući mehanizam će sastaviti svoju kopiju od pojedinačnih atoma. U principu, broj takvih kopija je neograničen; bit će moguće izraditi proizvoljan broj takvih strojeva u kratkom vremenu. Ovi će strojevi moći sastavljati makrostvari na isti način, atomskim sklapanjem. To će znatno pojeftiniti stvari - takvim će robotima (nanoroboti) trebati dati samo potreban broj molekula i energije te napisati program za sastavljanje potrebnih predmeta. Do sada nitko nije uspio opovrgnuti tu mogućnost, ali nitko još nije uspio stvoriti takve mehanizme. Tijekom teorijskog proučavanja ove mogućnosti pojavili su se hipotetski scenariji sudnjeg dana, koji pretpostavljaju da će nanoroboti apsorbirati svu biomasu Zemlje, provodeći svoj program samoreprodukcije (tzv. “grey goo” ili “grey slurry”).

Prve pretpostavke o mogućnosti proučavanja objekata na atomskoj razini mogu se naći u knjizi “Opticks” Isaaca Newtona, objavljenoj 1704. godine. U knjizi Newton izražava nadu da će budući mikroskopi jednog dana moći istraživati ​​“tajne korpuskula”.

Pojam "nanotehnologija" prvi je upotrijebio Norio Taniguchi 1974. godine. Koristio je ovaj izraz za opisivanje proizvodnje proizvoda veličine nekoliko nanometara. U 1980-ima taj je izraz upotrijebio Eric K. Drexler u svojim knjigama Engines of Creation: The Coming Era of Nanotechnology i Nanosystems: Molecular Machinery, Manufacturing, and Computation.

Što može učiniti nanotehnologija?

Ovdje su samo neka od područja u kojima nanotehnologija obećava napredak:

Lijek

Nanosenzori će omogućiti napredak u ranoj dijagnostici bolesti. To će povećati vaše šanse za oporavak. Možemo pobijediti rak i druge bolesti. Stari lijekovi protiv raka uništavali su ne samo bolesne stanice, već i one zdrave. Uz pomoć nanotehnologije, lijek će se isporučiti izravno u bolesnu stanicu.

DNK nanotehnologija– koristiti specifične baze molekula DNA i nukleinske kiseline kako bi na njihovoj osnovi stvorili jasno definirane strukture. Industrijska sinteza molekula lijekova i farmakoloških pripravaka jasno definiranog oblika (bis‑peptidi).

Početkom 2000. godine, zahvaljujući brzom napretku tehnologije proizvodnje čestica nano veličine, dat je poticaj razvoju novog područja nanotehnologije - nanoplazmonika. Pokazalo se da je moguće prenijeti elektromagnetsko zračenje duž lanca metalnih nanočestica uz pomoć pobude plazmonskih oscilacija.

Izgradnja

Nanosenzori građevinskih struktura nadzirat će njihovu čvrstoću i otkriti sve prijetnje njihovom integritetu. Objekti izgrađeni pomoću nanotehnologije mogu trajati pet puta duže od modernih građevina. Kuće će se prilagođavati potrebama stanara, održavajući ih hladnim ljeti i toplim zimi.

energija

Manje ćemo ovisiti o nafti i plinu. Suvremeni solarni paneli imaju učinkovitost od oko 20%. Uz korištenje nanotehnologije može narasti 2-3 puta. Tanki nanofilmovi na krovu i zidovima mogu opskrbiti energijom cijelu kuću (ako, naravno, ima dovoljno sunca).

Strojarstvo

Svu glomaznu opremu zamijenit će roboti – uređaji kojima se lako upravlja. Oni će moći stvoriti bilo kakve mehanizme na razini atoma i molekula. Za proizvodnju strojeva koristit će se novi nanomaterijali koji mogu smanjiti trenje, zaštititi dijelove od oštećenja i uštedjeti energiju. Ovo nisu sva područja u kojima se nanotehnologija može (i hoće!) koristiti. Znanstvenici smatraju da je pojava nanotehnologije početak nove znanstveno-tehničke revolucije, koja će uvelike promijeniti svijet u 21. stoljeću. Međutim, valja napomenuti da nanotehnologija ne ulazi tako brzo u stvarnu praksu. Malo je uređaja (uglavnom elektronike) koji rade "nano". To je djelomično zbog visoke cijene nanotehnologije i ne baš visokog povrata na nanotehnološke proizvode.

Vjerojatno će u skoroj budućnosti uz pomoć nanotehnologije biti stvoreni visokotehnološki mobilni, lako upravljivi uređaji koji će uspješno zamijeniti automatiziranu, ali teško upravljivu i glomaznu opremu današnjice. Na primjer, s vremenom će računalno upravljani bioroboti moći obavljati funkcije sadašnjih glomaznih crpnih stanica.

• DNK računalo– računalni sustav koji koristi računalne mogućnosti molekula DNA. Biomolekularno računalstvo skupni je naziv za različite tehnike povezane na ovaj ili onaj način s DNK ili RNK. U DNK računalstvu podaci nisu predstavljeni u obliku nula i jedinica, već u obliku molekularne strukture izgrađene na temelju DNK spirale. Ulogu softvera za čitanje, kopiranje i upravljanje podacima obavljaju posebni enzimi.
• Mikroskop atomske sile– skenirajući probni mikroskop visoke rezolucije koji se temelji na interakciji konzolne igle (sonde) s površinom uzorka koji se proučava. Za razliku od skenirajućeg tunelskog mikroskopa (STM), može ispitivati ​​i vodljive i nevodljive površine čak i kroz sloj tekućine, što omogućuje rad s organskim molekulama (DNA). Prostorna rezolucija mikroskopa atomske sile ovisi o veličini konzole i zakrivljenosti njezina vrha. Horizontalno doseže atomsku rezoluciju, a okomito je znatno premašuje.
• Antena-oscilator– 9. veljače 2005. u laboratoriju Sveučilišta u Bostonu dobivena je antena-oscilator dimenzija oko 1 mikrona. Ovaj uređaj ima 5000 milijuna atoma i sposoban je oscilirati na frekvenciji od 1,49 gigaherca, što mu omogućuje prijenos ogromne količine informacija.

10 nanotehnologija s nevjerojatnim potencijalom

Pokušajte se sjetiti nekog kanonskog izuma. Vjerojatno je netko sada zamislio kotač, netko avion, a netko iPod. Koliko vas je razmišljalo o izumu potpuno nove generacije – nanotehnologije? Ovaj svijet je malo proučavan, ali ima nevjerojatan potencijal koji nam može dati zaista fantastične stvari. Nevjerojatna stvar: polje nanotehnologije nije postojalo sve do 1975. godine, iako su se znanstvenici ovim područjem počeli baviti mnogo ranije.

Ljudsko oko može prepoznati objekte veličine do 0,1 milimetar. Danas ćemo govoriti o deset izuma koji su 100.000 puta manji.

Električno vodljivi tekući metal

Koristeći električnu energiju, jednostavna tekuća metalna legura galija, iridija i kositra može se napraviti tako da oblikuje složene oblike ili krugove unutar Petrijeve zdjelice. S određenom dozom vjerojatnosti može se reći da je to materijal od kojeg je nastao slavni kiborg serije T-1000, kojeg smo mogli vidjeti u Terminatoru 2.

“Meka legura ponaša se kao pametni oblik, sposoban se deformirati kada je to potrebno, uzimajući u obzir promjenjivi okolni prostor kroz koji se kreće. Baš kao što bi to mogao učiniti kiborg iz popularnog znanstveno-fantastičnog filma”, kaže Jin Li sa Sveučilišta Tsinghua, jedan od istraživača uključenih u ovaj projekt.

Ovaj metal je biomimetičan, što znači da oponaša biokemijske reakcije, iako sam po sebi nije biološka tvar.

Ovaj metal se može kontrolirati električnim pražnjenjima. Međutim, sama je sposobna samostalno se kretati, zbog neravnoteže opterećenja koja nastaje zbog razlike u tlaku između prednje i stražnje strane svake kapi ove metalne legure. I premda znanstvenici vjeruju da bi ovaj proces mogao biti ključ za pretvaranje kemijske energije u mehaničku energiju, molekularni materijal se neće uskoro koristiti za izgradnju zlih kiborga. Cijeli "čarobni" proces može se dogoditi samo u otopini natrijevog hidroksida ili slanoj otopini.

Nanoplastike

Istraživači sa Sveučilišta York rade na razvoju posebnih flastera koji će biti dizajnirani da isporuče sve potrebne lijekove u tijelo bez upotrebe igala i šprica. Flasteri, koji su sasvim normalne veličine, lijepe se na vašu ruku i isporučuju određenu dozu nanočestica lijeka (dovoljno male da prodru u folikule dlake) u vaše tijelo. Nanočestice (svaka manja od 20 nanometara) same će pronaći štetne stanice, ubiti ih i kao rezultat prirodnih procesa biti eliminirane iz tijela zajedno s ostalim stanicama.

Znanstvenici napominju da bi se u budućnosti takvi nanoflasteri mogli koristiti u borbi protiv jedne od najstrašnijih bolesti na Zemlji – raka. Za razliku od kemoterapije, koja je u ovakvim slučajevima često sastavni dio liječenja, nanoflasteri će moći pojedinačno pronaći i uništiti stanice raka, a zdrave stanice ostaviti nedirnutima. Projekt nanopatch zove se NanJect. Njegov razvoj provode Atif Syed i Zakaria Hussain, koji su 2013. godine, još kao studenti, dobili potrebno sponzorstvo u sklopu crowdsourcing kampanje za prikupljanje sredstava.

Nanofilter za vodu

Kada se ovaj film koristi u kombinaciji s finom mrežicom od nehrđajućeg čelika, ulje se odbija, ostavljajući vodu u tom području besprijekorno čistom.

Zanimljivo je da je znanstvenike na stvaranje nanofilma inspirirala sama priroda. Listovi lotosa, poznati i kao lopoč, imaju suprotna svojstva od nanofilma: umjesto ulja, odbijaju vodu. Ovo nije prvi put da znanstvenici špijuniraju ove nevjerojatne biljke zbog njihovih jednako nevjerojatnih svojstava. To je rezultiralo, primjerice, stvaranjem superhidrofobnih materijala 2003. godine. Što se tiče nanofilma, istraživači pokušavaju stvoriti materijal koji imitira površinu lopoča i obogatiti ga molekulama posebnog sredstva za čišćenje. Sam premaz je nevidljiv ljudskom oku. Bit će jeftina za proizvodnju: oko 1 USD po kvadratnom metru.

Pročistač zraka za podmornice

Malo je vjerojatno da je itko razmišljao o tome kakav zrak moraju disati posade podmornica, osim samih članova posade. U međuvremenu, čišćenje zraka od ugljičnog dioksida mora se obaviti odmah, jer tijekom jednog putovanja isti zrak mora proći kroz laku posadu podmornice stotine puta. Za čišćenje zraka od ugljičnog dioksida koriste se amini koji imaju vrlo neugodan miris. Kako bi se riješio ovaj problem, stvorena je tehnologija pročišćavanja nazvana SAMMS (akronim za Self-Assembled Monolayers on Mesoporous Supports). Ona predlaže korištenje posebnih nanočestica smještenih unutar keramičkih granula. Tvar ima poroznu strukturu, zbog čega apsorbira višak ugljičnog dioksida. Različite vrste SAMMS pročišćavanja u interakciji su s različitim molekulama u zraku, vodi i tlu, ali sve te opcije pročišćavanja su nevjerojatno učinkovite. Samo jedna žlica ovih poroznih keramičkih granula dovoljna je za čišćenje površine jednake jednom nogometnom igralištu.

Nanovodiči

Istraživači sa Sveučilišta Northwestern (SAD) otkrili su kako stvoriti električni vodič na nanoskali. Ovaj vodič je čvrsta i izdržljiva nanočestica koja se može konfigurirati za prijenos električne struje u raznim suprotnim smjerovima. Studija pokazuje da je svaka takva nanočestica sposobna oponašati rad "ispravljača, sklopki i dioda". Svaka čestica debljine 5 nanometara presvučena je pozitivno nabijenom kemikalijom i okružena negativno nabijenim atomima. Primjena električnog pražnjenja rekonfigurira negativno nabijene atome oko nanočestica.

Potencijal tehnologije, kako izvješćuju znanstvenici, je bez presedana. Na temelju toga, moguće je stvoriti materijale "sposobne za neovisno mijenjanje kako bi odgovarali specifičnim računalnim zadacima." Korištenje ovog nanomaterijala zapravo će "reprogramirati" elektroniku budućnosti. Nadogradnja hardvera postat će jednostavna kao i nadogradnja softvera.

Nanotech punjač

Kada ovo bude stvoreno, više nećete morati koristiti žičane punjače. Nova nanotehnologija radi poput spužve, ali ne upija tekućinu. Usisava kinetičku energiju iz okoline i usmjerava je izravno u vaš pametni telefon. Tehnologija se temelji na korištenju piezoelektričnog materijala koji stvara električnu energiju dok je pod mehaničkim opterećenjem. Materijal je obdaren nanoskopskim porama koje ga pretvaraju u fleksibilnu spužvu.

Službeni naziv ovog uređaja je “nanogenerator”. Takvi bi nanogeneratori jednog dana mogli postati dio svakog pametnog telefona na planetu, ili dio nadzorne ploče svakog automobila, a možda i dio svakog džepa odjeće – gadgeti će se puniti izravno u njemu. Osim toga, tehnologija ima potencijal za korištenje u većem opsegu, primjerice u industrijskoj opremi. Barem tako misle istraživači sa Sveučilišta Wisconsin-Madison koji su kreirali ovu nevjerojatnu nanospužvu.

Umjetna mrežnica

Izraelska tvrtka Nano Retina razvija sučelje koje će se izravno povezati s neuronima oka i prenijeti rezultat neuralnog modeliranja u mozak, zamijeniti mrežnicu i vratiti ljudima vid.

Pokus na slijepoj kokoši pokazao je nadu u uspjeh projekta. Nanofilm je omogućio piletu da vidi svjetlost. Istina, posljednja faza razvoja umjetne mrežnice za vraćanje vida ljudima još je daleko, ali napredak u tom smjeru ne može nego veseliti. Nano Retina nije jedina tvrtka koja se bavi takvim razvojem, ali upravo se njihova tehnologija trenutno čini najperspektivnijom, najučinkovitijom i prilagodljivom. Zadnja točka je najvažnija budući da govorimo o proizvodu koji će se integrirati u nečije oči. Sličan razvoj događaja pokazao je da čvrsti materijali nisu prikladni za takve svrhe.

Budući da se tehnologija razvija na nanotehnološkoj razini, eliminira upotrebu metala i žica, a također izbjegava nisku rezoluciju simulirane slike.

Sjajna odjeća

Šangajski znanstvenici razvili su reflektirajuće niti koje se mogu koristiti u proizvodnji odjeće. Osnova svake niti je vrlo tanka žica od nehrđajućeg čelika, koja je presvučena posebnim nanočesticama, slojem elektroluminiscentnog polimera i zaštitnim omotačem od prozirnih nanocijevi. Rezultat su vrlo lagane i fleksibilne niti koje mogu svijetliti pod utjecajem vlastite elektrokemijske energije. U isto vrijeme, oni rade s mnogo manjom snagom u usporedbi s konvencionalnim LED diodama.

Nedostatak tehnologije je što je "svjetlosna rezerva" niti dovoljna samo za nekoliko sati. Međutim, programeri materijala optimistično vjeruju da će moći povećati "resurs" svog proizvoda barem tisuću puta. Čak i da uspiju, rješenje još jednog nedostatka ostaje upitno. Vjerojatno će biti nemoguće oprati odjeću na bazi takvih nanoniti.

Nanoigle za obnovu unutarnjih organa

Nanoplasteri o kojima smo gore govorili dizajnirani su posebno za zamjenu igala. Što ako su same igle veličine samo nekoliko nanometara? Ako je tako, mogli bi promijeniti naše shvaćanje kirurgije ili ga barem značajno poboljšati.

Nedavno su znanstvenici proveli uspješne laboratorijske testove na miševima. Koristeći sićušne igle, istraživači su uspjeli unijeti nukleinske kiseline u tijela glodavaca, pospješujući regeneraciju organa i živčanih stanica i time vraćajući izgubljenu učinkovitost. Kada iglice obave svoju funkciju, ostaju u tijelu i nakon nekoliko dana se u njemu potpuno razgrađuju. Istodobno, znanstvenici nisu pronašli nikakve nuspojave tijekom operacija obnavljanja krvnih žila u leđnim mišićima glodavaca pomoću ovih posebnih nanoiglica.

Ako uzmemo u obzir ljudske slučajeve, takve nanoigle mogu se koristiti za isporuku potrebnih lijekova u ljudsko tijelo, primjerice, kod transplantacije organa. Posebne tvari pripremit će okolna tkiva oko presađenog organa za brzi oporavak i eliminirati mogućnost odbacivanja.

3D kemijski ispis

Kemičar Martin Burke sa Sveučilišta Illinois je Willy Wonka kemije. Koristeći kolekciju molekula "građevnog materijala" za različite svrhe, on može stvoriti ogroman broj različitih kemikalija obdarenih svim vrstama "nevjerojatnih, au isto vrijeme prirodnih svojstava". Na primjer, jedna takva tvar je ratanin, koji se može pronaći samo u vrlo rijetkom peruanskom cvijetu.

Potencijal za sintetiziranje tvari toliko je golem da će omogućiti proizvodnju molekula koje se koriste u medicini, u stvaranju LED dioda, solarnih baterijskih ćelija i onih kemijskih elemenata za čije su sintetiziranje čak i najbolji kemičari na planetu trebale godine.

Mogućnosti trenutnog prototipa 3D kemijskog pisača još uvijek su ograničene. On je sposoban samo stvarati nove lijekove. Ipak, Burke se nada da će jednog dana uspjeti napraviti potrošačku verziju svog nevjerojatnog uređaja, koja će imati puno veće mogućnosti. Sasvim je moguće da će takvi printeri u budućnosti djelovati kao svojevrsni kućni ljekarnici.

Predstavlja li nanotehnologija prijetnju ljudskom zdravlju ili okolišu?

Nema puno informacija o negativnim učincima nanočestica. Godine 2003. jedno je istraživanje pokazalo da ugljikove nanocijevi mogu oštetiti pluća miševa i štakora. Studija iz 2004. pokazala je da se fulereni mogu akumulirati i uzrokovati oštećenje mozga kod riba. Ali obje su studije koristile velike količine tvari u neuobičajenim uvjetima. Prema riječima jednog od stručnjaka, kemičara Kristena Kulinowskog (SAD), "bilo bi preporučljivo ograničiti izloženost ovim nanočesticama, unatoč činjenici da trenutno nema informacija o njihovoj opasnosti za ljudsko zdravlje."

Neki su komentatori također sugerirali da široka uporaba nanotehnologije može dovesti do društvenih i etičkih rizika. Tako, primjerice, ako korištenje nanotehnologije pokrene novu industrijsku revoluciju, to će dovesti do gubitka radnih mjesta. Štoviše, nanotehnologija može promijeniti pojam osobe, jer će njezina uporaba pomoći produžiti život i značajno povećati otpornost tijela. “Nitko ne može poreći da je široka upotreba mobilnih telefona i interneta donijela goleme promjene u društvu”, kaže Kristen Kulinowski. “Tko bi se usudio reći da nanotehnologija neće imati veći utjecaj na društvo u nadolazećim godinama?”

Mjesto Rusije među zemljama koje razvijaju i proizvode nanotehnologiju

Svjetski lideri po ukupnim ulaganjima u nanotehnologiju su zemlje EU, Japan i SAD. Nedavno su Rusija, Kina, Brazil i Indija značajno povećale ulaganja u ovu industriju. U Rusiji će iznos financiranja u okviru programa „Razvoj infrastrukture nanoindustrije u Ruskoj Federaciji za 2008.–2010.“ iznositi 27,7 milijardi rubalja.

Najnovije (2008.) izvješće londonske istraživačke tvrtke Cientifica, pod nazivom Nanotechnology Outlook Report, doslovno opisuje ruska ulaganja na sljedeći način: “Iako je EU još uvijek na prvom mjestu po ulaganjima, Kina i Rusija već su prestigle Sjedinjene Države. ”

Postoje područja u nanotehnologiji u kojima su ruski znanstvenici postali prvi u svijetu, dobivši rezultate koji su postavili temelje za razvoj novih znanstvenih trendova.

Među njima su proizvodnja ultradisperznih nanomaterijala, dizajn jednoelektronskih uređaja, kao i rad u području atomske sile i skenirajuće sonde mikroskopije. Samo na posebnoj izložbi održanoj u okviru XII Sanktpeterburškog ekonomskog foruma (2008.) predstavljeno je odjednom 80 specifičnih razvoja. Rusija već proizvodi brojne nanoproizvode koji su traženi na tržištu: nanomembrane, nanopraškove, nanocijevi. Međutim, prema stručnjacima, Rusija u komercijalizaciji nanotehnoloških dostignuća zaostaje za Sjedinjenim Državama i drugim razvijenim zemljama deset godina.

Nanotehnologija u umjetnosti

Brojni radovi američke umjetnice Natashe Vita-Mor bave se temama nanotehnologije.

U modernoj umjetnosti pojavio se novi smjer: "nanoumjetnost" (nanoumjetnost) - vrsta umjetnosti povezana s umjetnikovim stvaranjem skulptura (kompozicija) mikro i nano veličine (10 -6 i 10 -9 m, respektivno) pod utjecajem kemijskih ili fizikalnih procesa obrade materijala, fotografiranje dobivenih nano slika elektronskim mikroskopom i obrada crno-bijelih fotografija u grafičkom editoru.

U poznatom djelu ruskog pisca N. Leskova “Ljevak” (1881.) postoji zanimljiv fragment: “Kada bi,” kaže on, “postojao bolji mikroskop, koji povećava pet milijuna, onda biste se udostojili,” kaže, "vidjeti da je na svakoj potkovici istaknuto ime majstora: koji je ruski majstor napravio tu potkovu." Povećanje od 5.000.000 puta omogućuju moderni elektronski mikroskopi i mikroskopi atomske sile, koji se smatraju glavnim alatima nanotehnologije. Stoga se književni junak Lefty može smatrati prvim "nanotehnologom" u povijesti.

Ideje koje je Feynman iznio u svom predavanju iz 1959. “Dolje je mnogo mjesta” o tome kako stvoriti i koristiti nanomanipulatore gotovo se tekstualno podudaraju sa znanstvenofantastičnom pričom “Mikrorukki” poznatog sovjetskog pisca Borisa Žitkova, objavljenom 1931. godine. Neke negativne posljedice nekontroliranog razvoja nanotehnologije opisane su u djelima M. Crichtona (“The Swarm”), S. Lema (“On-Site Inspection” i “Peace on Earth”), S. Lukyanenko (“Nothing to Podijeliti").

Glavni lik romana “Transman” Yu Nikitina je šef nanotehnološke korporacije i prva osoba koja je iskusila djelovanje medicinskih nanorobota.

U znanstvenofantastičnim serijalima Zvjezdana vrata SG-1 i Zvjezdana vrata Atlantis, neke od tehnološki najnaprednijih rasa su dvije rase “replikatora”, koje su nastale kao rezultat neuspješnih eksperimenata koji koriste i opisuju različite primjene nanotehnologije. U filmu Dan kada je Zemlja stala, s Keanuom Reevesom u glavnoj ulozi, izvanzemaljska civilizacija osuđuje čovječanstvo na smrt i gotovo uništava sve na planetu uz pomoć samoreplicirajućih nanoreplikantnih buba koje proždiru sve što im se nađe na putu.

U posljednje vrijeme često možete čuti riječ "nanotehnologija". Pitate li bilo kojeg znanstvenika što je to i zašto je potrebna nanotehnologija, odgovor će biti kratak: „Nanotehnologija mijenja uobičajena svojstva materije. Oni mijenjaju svijet i čine ga boljim mjestom.”

Znanstvenici tvrde da će nanotehnologija naći primjenu u mnogim područjima djelovanja: u industriji, u energetici, u istraživanju svemira, u medicini i još mnogo toga. Na primjer, sićušni nanoroboti koji mogu prodrijeti u bilo koju stanicu ljudskog tijela moći će brzo liječiti određene bolesti i izvesti operacije koje čak ni najiskusniji kirurg ne može učiniti.

Zahvaljujući nanotehnologiji pojavit će se “pametne kuće”. U njima se osoba praktički neće morati baviti dosadnim kućanskim poslovima. “Pametne stvari” i “pametna prašina” preuzet će te odgovornosti. Ljudi će nositi odjeću koja se ne prlja; štoviše, reći će vlasniku da je, na primjer, vrijeme za ručak ili tuširanje.

Nanotehnologija će omogućiti izmišljanje računalne opreme i mobitela koji se mogu saviti poput rupčića i nositi u džepu.

Ukratko, nanotehnolozi stvarno namjeravaju značajno transformirati ljudski život.

Što je nanotehnologija

Što je nanotehnologija? I kako vam točno omogućuju promjenu svojstava stvari?

Riječ "nanotehnologija" sastoji se od dvije riječi - "nano" i "tehnologija".

"Nano" je grčka riječ koja znači jedan milijarditi dio nečega, kao što je metar. Veličina jednog atoma je nešto manja od nanometra. A nanometar je manji od metra koliko je običan grašak manji od kugle zemaljske. Kad bi visina osobe bila jedan nanometar, tada bi se debljina lista papira osobi činila jednakom udaljenosti od Moskve do grada Tule, a to je čak 170 kilometara!

Riječ "tehnologija" znači stvaranje onoga što čovjeku treba od dostupnih materijala.

A nanotehnologija je stvaranje onoga što čovjeku treba od atoma i skupina atoma (nazivaju se nanočestice) pomoću posebnih uređaja.

Postoje dva načina za dobivanje nanočestica.

Prva, jednostavnija metoda je "odozgo prema dolje". Polazni materijal se melje na razne načine dok čestica ne postane nanoveličina.

Drugi je proizvodnja nanočestica kombiniranjem pojedinačnih atoma, "odozdo prema gore". Ovo je složenija metoda, ali to je ono što znanstvenici vide kao budućnost nanotehnologije.

Prvi način dobivanja nanočestica je mljevenje materijala dok čestica ne postane nanoveličina. Drugi način dobivanja nanočestica je spajanje atoma u nanočesticu na različite načine.

Dobivanje nanočestica ovom metodom podsjeća na rad s građevinskim priborom. Kao dijelovi koriste se samo atomi i molekule od kojih znanstvenici stvaraju nove nanomaterijale i nanouređaje.