Informacije

Nanotehnologija

Nanotehnologija



We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Svaka ljudska aktivnost, većini neshvatljiva, odmah preraste mitove. To se, naravno, odrazilo i na nanotehnologiju - glavni moderni naučni i tehnološki projekat. Svi su čuli za to, ali malo ljudi zamišlja suštinu smjera.

Većina vjeruje da je nanotehnologija manipulacija atoma i sastavljanje mikro-objekata iz njih. Ali ovo je glavni mit. Mitovi su rođeni iz nedostatka znanja ili nedostatka informacija, druga mogućnost je namjerno saditi zablude da bi se privukla pažnja, a samim tim i ulaganja.

U slučaju nanotehnološkog projekta, mitovi su čak pomogli pokretanju procesa. Međutim, zablude imaju iznenađujući kvalitet - kad se rode, nastavljaju živjeti svoj život.

Prava nanotehnologija toliko je suprotna mitovima da stvara zbrku u glavama ljudi, njihovo odbacivanje, pa čak i poricanje postojanja ovog pravca uopšte. Stoga ćemo razmotriti glavne mitove o nanotehnologiji.

Osnivač i ideolog nanotehnologije je Richard Feynman. Ovaj mit je možda najbezopasniji. Nastao je 1992. godine tokom govora jednog od proroka nanotehnologije, Erika Drexlera, pred Senatskom komisijom. Kako bi projekt bio uočen i promoviran, predavač se osvrnuo na izjave Richarda Feynmana, stručnjaka za oblast fizike čestica i kvantne teorije polja. Činjenica je da je naučnik bio nobelovac i bio je nepokolebljiv autoritet u očima političara. Međutim, Feynman je umro 1988. i nije mogao demantirati ovu izjavu. Najvjerovatnije bi se samo nasmijao, s obzirom da je bio poznati šaljivdžija. Proslavljeni govor naučnika, tokom kojeg je izgovorena legendarna fraza: "Principi fizike koje poznajemo ne zabranjuju stvaranje predmeta" atom po atom ", kolege su u pravilu uzeli kao veliku šalu. No, ideja da je manipulacija atomima moguća zvučala je dalje Drexler kreativno razvio ovu ideju, koja je bila osnova glavnih mitova industrije.

Nanotehnologija je bez otpada. Čini se da stvaranje atoma objekta po atomu ne može biti otpada. Međutim, ovo je mišljenje svojstveno ljudima koji manipulaciju atomima gledaju samo na slikama. Nema pušača ili odvoda za pušenje. Čini se da povucite atom preko udaljenosti od nanometara i gotovo nikakva energija nije potrebna. Pitanje odakle će atom uopšte doći za sastavljanje gotovo je nepristojno. Većina ljudi ima malo ideje o tehnologiji proizvodnje, ali atomi ne leže u skladištu i čekaju svoj red? Kad konzumiramo proizvedenu robu, ne fokusiramo se na njihovu povezanost s tako štetnom hemijskom industrijom. To je ona koja troši naftu, gas, rude za svoje potrebe. Ali za nanotehnologiju, prema mišljenju mnogih, sve ovo nije potrebno - potrebni su samo pojedinačni atomi. Međutim, ovo je samo idila, sami atomi postoje samo u vakuumu, s izuzetkom inertnih gasova. U drugim slučajevima, oni komuniciraju i tvore nova hemijska jedinjenja - to je priroda stvari. Pored toga, svaka tehnologija zahtijeva odgovarajuće alate, uz pomoć kojih će se proizvoditi. Prisilni mikroskopi i tunelski mikroskopi, sterilne laboratorije općenito, bacaju maštu kao predmete iz budućnosti. Međutim, sve će se to, poput zidova, krova i temelja, sastaviti na uobičajeni način, a ne iz atoma bez otpada. Čovječanstvo može jednog dana stvoriti proizvodnju bez otpada i okolišu prihvatljivu, ali ona će biti stvorena drugačijom tehnikom i na različitim principima.

Postojanje nanomašina. U početku se radilo o drugačijoj tehnici. Očito je za dizajniranje na nanosovine potrebno imati odgovarajući manipulator. Čini se da je moguće proporcionalno smanjiti njihovu veličinu organiziranjem minijaturnih tvornica koje bi izbušile i utisnule dijelove. Međutim, ovaj je pristup jednostavan. Na mikro nivou i dalje radi, koji se sastoji od mikroelektromehaničkih uređaja koji se koriste u automobilima, pisačima, klima uređajima, senzorima i indikatorima. Ako ih pogledate pod mikroskopom, možete pronaći uobičajene osovine i zupčanike, klipove, ventile i ogledala. Međutim, nanoobjekti imaju svojstva koja se razlikuju od makro i mikroobjekata. Ne možete. Na primjer, proporcionalno smanjite veličinu tranzistora sa trenutnih 45 nm na 10, jer oni neće moći raditi - elektroni će početi tuneliti kroz izolacijski sloj. A priključne žice ne mogu biti debele kao atom, struja se neće provoditi kroz njih. Takva će se struktura ili raspasti uslijed toplinskog kretanja, ili skupiti u hrpi, razbijajući električni kontakt. Slično je i s mehaničkim svojstvima predmeta. S opadanjem njihove veličine, odnos površine prema volumenu povećava se, a trenje raste. Kao rezultat toga, nanoobjekti se počinju bukvalno lijepiti jedni za druge ili za druge površine koje zbog malenosti izgledaju ravne. Ako trebate hodati okomitim zidom, to može biti korisno, ali ako uređaj treba klizati ili hodati, vrijedi obrnuto. Za kretanje je potrebno previše energije. Čak će i nano klatno odmah prestati - sam zrak će mu postati značajna prepreka. Nanoobjekti imaju veliku prednost, čak i čestica veličine 1 mikrona osjeća silu udara malih molekula, što možemo reći o elementima od 10 nm, koji teže milion puta manje, a omjer težine i površine 100 puta manji? Međutim, u medijima se stalno pojavljuju opisi nano-kopija matica, zupčanika i drugih mehaničkih dijelova iz kojih bi se trebala stvoriti operativna oprema. Ovi projekti se ne mogu shvatiti ozbiljno. Fizičari shvaćaju da stvaranje nanomehaničkih ili elektromehaničkih uređaja zahtijeva drugačije principe od makro, pa čak i mikro analoga. I priroda će pomoći u tome, što je tokom više godina evolucije stvorilo veliki broj molekularnih mašina. Potrebne su decenije da se utvrdi kako djeluju, kako se mogu prilagoditi vašim potrebama, pa čak i poboljšati. Najpoznatiji primjer prirodnog molekularnog motora je flagelarni motor bakterija. Biološke mašine omogućavaju i kontrakciju mišića, transport hranjivih sastojaka i transport iona kroz ćelijske membrane. Štaviše, takve molekularne mašine imaju visoku efikasnost - gotovo 100%. Vrlo su ekonomične, jer se samo oko 1% energije ćelije troši na rad elektromotora koji osiguravaju kretanje ćelije. Stoga naučnici dolaze do zaključka da je najrealniji način stvaranja nanode uređaja suradnja fizičara i biologa.

Postojanje nanorobota. Recimo da ste napravili skicu nanodevice. Ali kako to prikupiti, ili još bolje u nekoliko primjeraka? Slijedeći Feynmanovu logiku, možete stvoriti sićušne strojeve i minijaturne manipulatore koji bi sastavljali gotove proizvode. Međutim, njima mora upravljati osoba, mora postojati neka vrsta opreme ili programa za kontrolu. Uz to se moraju promatrati svi procesi, na primjer mikroskopom. Alternativna ideja iznijela je Eric Drexler u svojoj fantastičnoj knjizi „Machines of Creation“ iz 1986. godine. Autor, koji je odrastao na radovima Azimova, predložio je upotrebu mehaničkih mašina veličine 100-200 nm - nanoroboti za proizvodnju nanoode uređaja. Istovremeno, više se nije radilo o bušenju ili bušenju, roboti su morali odmah sastaviti uređaj iz atoma, nazivali su ih monteri. Međutim, i ovdje je pristup ostao mehanički. Manipulatori alata trebali su biti dugački nekoliko desetina nanometara, trebao bi biti implementiran motor za pomicanje robota i autonomni izvor energije. Tako se ispostavilo da se sam nanorobot mora sastojati od mnogo malih dijelova, od kojih je svaki veličine 100-200 atoma. Najvažnija jedinica nanorobota bilo je ugrađeno računalo, koje je određivalo koju molekulu ili atom treba zarobiti i gdje treba staviti. Međutim, linearne dimenzije takvog računara ne bi trebale prelaziti 40-50 nm, dok današnja tehnologija može stvoriti samo jedan tranzistor ove veličine. Potom se Drexler obratio knjizi dalekoj budućnosti, u to vrijeme naučnici nisu ni potvrdili mogućnost manipulacije pojedinim atomima. To se dogodilo kasnije, kada je stvoren tunelski mikroskop, kojim upravlja moćni računar sa milijardama tranzistora. Međutim, san o nanorobotima bio je toliko primamljiv da mu je otkriće samo dodalo kredibilnost. U projekat nije vjerovao samo sam autor nego i novinari, senatori i javnost. A samo su naučnici lucidno objasnili da je takva ideja u principu neostvariva. Najjednostavnije objašnjenje je da će se manipulator koji je uhvatio atom povezati s njim zauvijek jer će se dogoditi hemijska interakcija. Je li moguće da se o tome ne slažete s nobelovcem za hemiju Richardom Smalleyjem? No, ideja o nanorobotima nastavlja se živjeti sve do danas, postajući složenija i nabavljajući nove aplikacije.

Postojanje medicinskih nanorobota. Ovaj mit je u posljednje vrijeme vrlo popularan - milioni nanorobota trebali bi se vršiti po ljudskom tijelu, dijagnosticirati promjene, popraviti najmanje propadanje nanoskalpelom, istrljati ploče uz pomoć nanoskopa, dok će negdje izvještavati o obavljenom poslu. Međutim, gdje su garancije da poruku neće dobiti ne samo liječnik, već i neko drugi? Otkrivanje privatnih podataka je evidentno. Hoće li roboti tada postati špijuni? Štaviše, verovanje u nanospije je snažno. Začudo, mnogo toga što je predstavljeno u ovom planu je već stvoreno. Postoje invazivni dijagnostički sistemi koji prijavljuju promjene u tijelu. Stvoreni su i lijekovi koji djeluju samo na određene stanice, a postoje i sustavi za čišćenje krvnih žila od plakova i izgradnju koštanog tkiva. A što se tiče špijunaže, postoje veliki uspjesi - čišćenje sjećanja, "pametna" prašina i nevidljivi sustavi praćenja. Samo takvi sustavi budućnosti nemaju nikakve veze s Drexlerovim nanorobotima, osim njihove veličine. Ovakva dostignuća postat će moguća zajedničkim radom fizičara, hemičara i biologa koji rade na polju sintetske znanosti i nanotehnologije.

Prisutnost fizikalne metode za sintezu supstanci. Jednom davno, Richard Feynman je nesvjesno izdao stari san fizičara, rekao je da je fizička sinteza moguća u manipuliranju atomima. Hemičari će se obratiti fizičarima sa naredbama za sintezu ciljne molekule sa specifičnim svojstvima. Međutim, hemičare ne zanima sinteza molekula, oni rade sa supstancom, njenom proizvodnjom i transformacijom. Molekula nije samo skupina atoma raspoređenih po određenom redoslijedu, oni su također povezani hemijskim vezama. Napokon, tekućina u kojoj ima jedan kisik za dva atoma vodika ne mora nužno biti i voda. Možda je to samo mješavina tekućeg kisika i vodika. Recimo da ste uspjeli sakupiti gomilu od osam atoma - dva ugljika i šest vodonika. Za fizičara, ovo jedinjenje je C2H6, a hemičar će naznačiti barem još dvije mogućnosti kombiniranja atoma. I kako se može sastaviti takav molekul? Premjestiti dva atoma ugljika ili dodati ugljikov atom ugljiku? Naučnici znaju kako manipulirati atomima, ali dosad su samo teški i nereaktivni. Složene strukture su stvorene od atoma zlata, gvožđa, ksenona. Ali kako raditi sa svjetlom i aktivnim atomima kisika, vodika, ugljika i dušika nije jasno. Dakle, sastavljanje proteina i nukleinskih kiselina nije tako jednostavna stvar kao što mnogi pokušavaju da zamisle. Postoji još jedna nijansa koja ograničava izglede za fizičku sintezu. Hemičari dobijaju supstancu u kojoj ima ogroman broj molekula. U mililitru vode ih ima na milijarde milijardi. Koliko će vremena trebati da se sastavi takva kocka atomska. Sada je rad s atomskom silom ili tunelirajućim mikroskopom sličan umjetnosti, ne može se bez posebnog visokokvalitetnog obrazovanja - na kraju krajeva, sve manipulacije moraju se obavljati ručno, ocjenjujući međusobne rezultate. Postupak se može uporediti sa polaganjem opeke. Čak i ako mehanizirate takav rad i budete u mogućnosti da saložite milion atoma u sekundi, tada će trebati dvije milijarde godina da se kocka 1 cm3 vode! Zato milioni fabrika neće rešiti problem sinteze, baš kao što milion nanorobota koji bi se šuškali unutar čoveka neće rešiti njegove probleme. Jednostavno nemamo dovoljno života da čekamo rezultate njihovog rada. Zato je Richard Smalley javno pozvao Drexlera da ukloni spominjanje "strojeva za stvaranje" sa svojih govora, kako ne bi doveo u zabludu javnost. Međutim, od ideje dobivanja takve tvari i materijala ne treba se odmah odustati. Prije svega, njima se ne može upravljati atomima, nego mnogo većim blokovima, na primjer, ugljikovim nanocijevkama. U tom će slučaju nestati problem svjetla i aktivnih atoma, a produktivnost će se odmah povećati za nekoliko reda veličine. Tako danas naučnici u laboratorijama već dobijaju najjednostavnije i pojedinačne kopije nanode uređaja. Pored toga, mogu se stvoriti takve situacije kada uvođenje atoma ili jednostavno utjecaj izvana pokreće proces samoorganizacije ili transformacije u okruženju. Kao rezultat, visoko precizno površinsko skeniranje i opetovana izloženost mogu pomoći u stvaranju proširenih objekata s redovitom nanostrukturom. Ovom se metodom mogu stvoriti jedinstveni uzorci za daljnje kloniranje. Priroda zna kako stvoriti više identičnih klona molekula i organizama. Mnogi su čuli za reakciju polimeraze, kad se jedan komad DNK izvađen iz biološkog materijala umjetno množi hemijskim putem. Ali zašto ne stvoriti slične mašine za kloniranje drugih molekula? Dobro poznata načela hemije ne zabranjuju to, reprodukcija molekula je sasvim stvarna i odgovara zakonima prirode.

Mogućnost pojave "sive sluzi". Drexler je u svojim radovima uveo dvije vrste uređaja u koncept. Prvi su parseri, njihove funkcije su prebačene na kolektore. Takvi mehanizmi trebali su proučavati strukturu novog objekta, čuvajući njegovu atomsku strukturu u pamćenju nanoračunara. Takav uređaj bio bi san hemičara - na kraju krajeva, do sada nauka ne može vidjeti sve atome, na primjer, u proteinu. Tačno određivanje strukture molekule moguće je samo ako je ona uključena u sastav kristala, zajedno sa milionima sličnih. Zatim pomoću skupe metode strukturne analize rendgenskih zraka možete odrediti položaj svih atoma u prostoru. Drugi tip su tvorci, ili replikatori. Njihov glavni zadatak bio je kontinuirana proizvodnja i sakupljača i replikatora vlastite vrste, odnosno zapravo reprodukcija nanorobota. Drexler je sugerirao da replikatori moraju biti mnogo složeniji mehanizmi od jednostavnih montera i sastoje se od stotina miliona atoma. Ako se trajanje replikacije mjeri u minutima, tada će se, slijedeći geometrijsku progresiju, nanovo stvoriti više od trilijuna novih stvaralaca dnevno, koji će proizvesti nove kolektore. Ovaj mit kaže da je moguće da se može stvoriti situacija kada će se sustav samo prebaciti na način neometanog kloniranja, a sva aktivnost replikatora bit će usmjerena samo na povećanje vlastite populacije. Izgledaće kao svojevrsna pobuna nanomašina.Čini se da nanoroboti za vlastitu izgradnju trebaju samo atome koji se mogu dobiti iz okoliša, pa će sve oko njih pasti na uporne manipulatore demontaža, kao rezultat svega što je materija na planeti, a s njom ćemo se pretvoriti u "sivu šljaku" - grozd nanorobota. Mit o kraju svijeta nije nov, nije ni čudo što se ponovo pojavilo s ovom novom tehnologijom. Fantazije o sivom goo-u izravno su povezane s nanotehnologijom, ovaj scenarij jako vole filmski tvorci, samo pojačavajući opću zabludu. Međutim, takav tok događaja je nemoguć. Čak i ako još uvijek vjerujete u mogućnost sastavljanja nečeg bitnog od atoma, razmislite o ovome. Prije svega, Drexlerovi replikatori neće imati složenost u stvaranju vlastite vrste. Čak 100 miliona atoma nije dovoljno za stvaranje računara koji kontrolira montažu, ili čak memorije. Čak i ako pretpostavimo da će 1 atom nositi 1 bit informacija, tada će ukupna količina memorije biti 12,5 megabajta, što je premalo za ovu aktivnost. Pored toga, replikatori neće moći primati potrebne sirovine. Napokon, njihov elementarni sastav primjetno je različit od onoga koji dio okoliša, uključujući i biomasu. Treba puno vremena i energije da se pronađu, isporuče i izvuku potrebni elementi i to određuje brzinu reprodukcije. U makro dimenzijama takva će montaža biti slična stvaranju alatne strojeve iz elemenata koji je još trebaju pronaći, minirati i dostavljati sa različitih planeta Sunčevog sustava. Stoga, nedostatak resursa i ograničava neograničeno širenje populacije bilo kojeg drugog stvorenja, čak mnogo savršenije i prilagođenije od nanorobota.

Do 2015. godine tržište nanotehnologije iznosit će trilijune dolara. Razlog ovom mitu bio je izvještaj Nacionalne fondacije za nauku (NSF) iz 2001. godine da bi tržište nanotehnologije vrijedilo tri biliona dolara do 2015. godine. Kasnije je ta izjava bila još precijenjena, rekordna procjena danas iznosi tri biliona dolara. Međutim, takvi blještavi brojevi više sliče naslovu tabloida nego ozbiljnom istraživanju tržišta. Danas stručnjaci ne mogu čak ni jasno definisati šta je nanotehnologija. Dakle, mikroelektronika je već na putu da postane nanoelektronika, jer je struktura elektroničkih kola već prešla 100 nm barijeru. U skladu s tim, broj kompanija koje proizvode „nanoprodukte“ naglo će rasti. Istina, imat će vrlo poznata imena - Toshiba, GE, Nokia, Bayer, Kraft itd. Njihovi se proizvodi mogu svrstati u evolucijsku nanotehnologiju. Ali točno je procijeniti tržište revolucionarne nanotehnologije, koje planira sastaviti uređaje po atomu, teško je procijeniti, pa prema tome ne mogu biti razumljive procjene. Štoviše, marketinška istraživanja ne procjenjuju vrijednost stvarnog nanotehnološkog procesa, proizvoda ili materijala. Izračunava se samo ukupni trošak proizvoda koji uključuje i nanotehnologiju. To je suptilna razlika i rezultira milijardama dolara u izvještavanju. Tako procjena Lux Research procjenjuje neto tržište nanomaterijala do 2010. godine na 3,6 milijardi dolara, dok se cjelokupni obim tržišta nanotehnologije procjenjuje na 1,5 biliona dolara! To zapravo nije ocjenjivano tržište nanotehnologije, već tržište proizvoda koji sadrže nanočestice. Isti NSF tvrdio je da će u nanoindustriji biti zaposleno više od 200 milijuna ljudi, ove brojke zvučile su u izvještajima i prijavama za dodjelu grantova. Međutim, 8-10 godina nakon izvještaja, pokazalo se da industrija nanotehnologije praktički ne postoji, uprkos velikom broju istraživačkih grupa u različitim oblastima.


Pogledajte video: Virusi su ljudskom rukom rađena nanotehnologija (Avgust 2022).