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.

Vsaka človeška dejavnost, ki je večini nerazumljiva, takoj preraste v mite. Seveda je to vplivalo tudi na nanotehnologijo - glavni sodobni znanstveni in tehnološki projekt. Vsi so že slišali za to, le malo ljudi pa si predstavlja bistvo smeri.

Večina meni, da je nanotehnologija manipulacija atomov in sestavljanje mikropredmetov iz njih. Toda to je glavni mit. Miti izhajajo iz pomanjkanja znanja ali pomanjkanja informacij, druga možnost je, da namerno posadimo zablode, da bi pritegnili pozornost in s tem tudi naložbe.

V primeru nanotehnološkega projekta so miti celo pomagali začeti postopek. Vendar imajo blodnje presenetljivo kakovost - ko se rodijo, še naprej živijo svoje življenje.

Prava nanotehnologija je tako v nasprotju z miti, da ustvarja zmedo v glavah ljudi, njihovo zavračanje in celo zanikanje obstoja te smeri na splošno. Zato bomo upoštevali glavne mite o nanotehnologiji.

Ustanovitelj in ideolog nanotehnologije je Richard Feynman. Ta mit je morda najbolj neškodljiv. Nastala je leta 1992 med govorom enega od prerokov nanotehnologije, Eric Drexler pred senatno komisijo. Da bi projekt lahko zaznali in promovirali, se je predavatelj skliceval na izjave Richarda Feynmana, strokovnjaka na področju fizike delcev in kvantne teorije polja. Dejstvo je, da je bil znanstvenik nobelov nagrajenec in je bil neomajna avtoriteta v očeh politikov. Vendar je Feynman leta 1988 umrl in te trditve ni mogel ovrstiti. Najverjetneje bi se samo nasmejal, saj je bil znan šaljivec. Znameniti govor znanstvenika, med katerim je bila izgovorjena legendarna fraza: "Načela fizike, ki jih poznamo, ne prepovedujejo ustvarjanja predmetov" atom po atom ", so kolegi na splošno jemali kot eno veliko šalo. Vendar je ideja, da je manipulacija atomov mogoča, zvenela še naprej. Drexler ustvarjalno je razvil to idejo, ki je bila osnova glavnih mitov industrije.

Nanotehnologija je brez odpadkov. Zdi se, da ustvarjanje objektnega atoma po atomu ne more biti odpadkov. Vendar je to razmišljanje lastno ljudem, ki na manipulacijo z atomi gledajo le na slikah. Tu ni kadilskih cevi ali odtokov. Zdi se, da za vlečenje atoma na razdaljo nanometrov skoraj ni potrebna energija. Vprašanje, od kod sploh prihaja atom za sestavljanje, je skoraj nespodobno. Večina ljudi ima malo ideje o tehnologiji proizvodnje, vendar atomi ne ležijo v skladišču in čakajo na svoj red? Ko uživamo proizvedeno blago, se ne osredotočamo na njihovo povezanost s tako škodljivo kemično industrijo. Prav ona porabi nafto, plin, rude za svoje potrebe. Toda za nanotehnologijo po mnenju mnogih vse to ni potrebno - potrebni so le posamezni atomi. Vendar je to le idila, sami atomi obstajajo le v vakuumu, z izjemo inertnih plinov. V drugih primerih medsebojno delujejo in tvorijo nove kemične spojine - to je narava stvari. Poleg tega vsaka tehnologija zahteva ustrezna orodja, s pomočjo katerih se bo izvajala proizvodnja. Prisilni mikroskopi in tunelski mikroskopi, sterilni laboratoriji na splošno, zagrizijo domišljijo kot predmete iz prihodnosti. Vendar bo vse to, tako kot stene, streha in temelj, sestavljeno na običajen način in ne iz atomov brez odpadkov. Človeštvo bo nekega dne lahko ustvarilo brez odpadkov in okolju prijazno proizvodnjo, vendar bo ustvarjena z drugačno tehniko in na različnih načelih.

Obstoj nanomachinov. Sprva je šlo za drugačno tehniko. Očitno je, da je za oblikovanje nanoskalne površine potreben ustrezen manipulator. Zdi se, da je mogoče sorazmerno zmanjšati njihovo velikost z organiziranjem miniaturnih tovarn, ki bi vrtale in žigosale dele. Vendar je ta pristop preprost. Na mikro ravni še vedno deluje, ki je sestavljen iz mikroelektromehanskih naprav, ki se uporabljajo v avtomobilih, tiskalnikih, klimatskih napravah, senzorjih in indikatorjih. Če jih pogledate pod mikroskopom, lahko najdete običajne gredi in zobnike, bate, ventile in ogledala. Vendar imajo nanoobjekti lastnosti, ki se razlikujejo od makro in mikroobjektov. Ne moreš. Na primer, sorazmerno zmanjšajte velikost tranzistorjev s sedanjih 45 nm na 10, saj ne bodo mogli delovati - elektroni se bodo začeli tuneli skozi izolacijsko plast. In povezovalne žice ne morejo biti debele kot atom, tok ne bo potekal skozi njih. Takšna konstrukcija se bo razpadla zaradi toplotnega gibanja ali pa se bo zbrala v gomili in prekinila električni stik. Podobno je z mehanskimi lastnostmi predmetov. Z zmanjšanjem njihove velikosti se poveča razmerje med površino in prostornino, trenje pa se poveča. Posledično se nanoobjekti zaradi svoje majhnosti dobesedno prilepijo drug na drugega ali na druge površine, ki se zdijo ravne. Če morate hoditi po navpični steni, je pa to lahko koristno, če pa mora naprava drsiti ali hoditi, velja ravno obratno. Za premikanje je potrebno preveč energije. Celo nano nihalo se bo takoj ustavilo - zrak sam bo zanj postal velika ovira. Nanoobjekti imajo veliko moč, celo delec velikosti 1 mikrona čuti silo udarcev majhnih molekul, kaj lahko rečemo o elementih 10 nm, ki tehtajo milijon krat manj, razmerje teže in površine pa je 100-krat manj? Vendar v medijih nenehno obstajajo opisi nano kopij matic, zobnikov in drugih mehanskih delov, iz katerih naj bi ustvarili operacijske stroje. Teh projektov ni mogoče jemati resno. Fiziki se zavedajo, da za ustvarjanje nanomehanskih ali elektromehanskih naprav potrebujemo drugačna načela kot makro in celo mikro analogi. Pri tem bo pomagala narava, ki je skozi več milijard let evolucije ustvarila veliko različnih molekularnih strojev. Desetletja trajajo, da ugotovite, kako delujejo, kako jih lahko prilagodite vašim potrebam in jih celo izboljšate. Najbolj znan primer naravnega molekularnega motorja je flagellarni motor bakterij. Tudi biološki stroji zagotavljajo krčenje mišic, transport hranil in transport ionov po celičnih membranah. Poleg tega imajo takšni molekularni stroji visoko učinkovitost - skoraj 100%. So zelo varčni, saj le približno 1% energije celice porabi za delovanje elektromotorjev, ki zagotavljajo gibanje celice. Zato znanstveniki ugotavljajo, da je najbolj realističen način ustvarjanja nanodelcev sodelovanje fizikov in biologov.

Obstoj nanorobotov. Recimo, da ste ustvarili skico nanodevice. Toda kako ga zbrati ali bolje v več izvodih? Po Feynmanovi logiki lahko ustvarite drobne stroje in miniaturne manipulatorje, ki bi sestavljali končne izdelke. Vendar jih mora upravljati oseba, obstajati mora kakšna oprema ali program za nadzor. Poleg tega je treba opazovati vse procese, na primer z mikroskopom. Nadomestno zamisel je podal Eric Drexler v svoji fantazijski knjigi 1986 Machines of Creation. Avtor, ki je odraščal na Azimovih delih, je za izdelavo nanodelcev predlagal uporabo mehanskih strojev velikosti 100-200 nm - nanorobotov. Hkrati ni šlo več za prebijanje ali vrtanje, roboti so morali takoj sestaviti napravo iz atomov, imenovali so jih monterji. Vendar je tudi tu pristop ostal mehaničen. Sestavljalci manipulatorjev naj bi bili dolgi več deset nanometrov, uporabiti je treba motor za premikanje robota in avtonomni vir energije. Tako se izkaže, da mora biti sam nanorobot sestavljen iz številnih majhnih delov, od katerih ima vsak po 100-200 atomov. Najpomembnejša enota nanorobota je bil računalnik na vozilu, ki je določal, katero molekulo ali atom je treba zajeti in kam ga postaviti. Vendar pa linearne dimenzije takšnega računalnika ne bi smele presegati 40-50 nm, medtem ko današnja tehnologija lahko ustvari samo en tranzistor te velikosti. Nato je Drexler naslovil knjigo v daljno prihodnost, takrat znanstveniki sploh niso potrdili možnosti manipulacije posameznih atomov. To se je zgodilo pozneje, ko je nastal tunelski mikroskop, ki ga nadzira močan računalnik z milijardami tranzistorjev. Vendar so bile sanje o nanorobotih tako mamljive, da jim je odkritje samo še dodalo verodostojnost. V projekt ni verjel samo sam avtor, ampak tudi novinarji, senatorji in javnost. In le znanstveniki so lucidno pojasnili, da je takšna ideja načeloma neuresničljiva. Najpreprostejša razlaga je, da se bo manipulator, ki je zajel atom, nanj za vedno povezoval, saj bo prišlo do kemične interakcije. Ali se s tem ne morete strinjati z nobelovcem za kemijo Richardom Smalleyjem? Vendar ideja o nanorobotih živi še danes in postaja vse bolj zapletena in pridobiva nove aplikacije.

Obstoj medicinskih nanorobotov. Ta mit je v zadnjem času zelo priljubljen - na milijone nanorobotov bi se moralo vrteti po človeškem telesu, diagnosticirati spremembe, popraviti najmanjše okvare z nanoskapeli, odstranjevati plošče s pomočjo nanoskopov, hkrati pa nekje poročati o opravljenem delu. Kje pa so garancije, da sporočila ne bo prejel ne le zdravnik, ampak tudi nekdo drug? Razkritje zasebnih podatkov je očitno. Ali bodo roboti potem postali vohuni? Še več, prepričanje v nanospije je močno. Presenetljivo je, da je veliko tega, kar je predstavljeno v tem načrtu, že ustvarjeno. Obstajajo invazivni diagnostični sistemi, ki poročajo o spremembah v telesu. Ustvarjena so tudi zdravila, ki delujejo le na določene celice, obstajajo tudi sistemi za čiščenje krvnih žil iz plakov in izgradnjo kostnega tkiva. Glede vohunjenja so veliki uspehi - čiščenje spominov, "pametni" prah in nevidni sledilni sistemi. Samo takšni sistemi prihodnosti nimajo ničesar z Drexlerjevimi nanoroboti, razen njihove velikosti. Takšni dosežki bodo mogoči s skupnim delom fizikov, kemikov in biologov, ki delujejo na področju sintetičnih znanosti in nanotehnologije.

Prisotnost fizikalne metode za sintezo snovi. Nekoč je Richard Feynman nevede izdal stare sanje fizikov, rekel je, da je pri manipulaciji z atomi možna fizična sinteza. Kemiki se bodo tako kot fiziki obrnili na naročila za sintezo ciljne molekule s specifičnimi lastnostmi. Kemikov pa ne zanima sinteza molekule, temveč delujejo s snovjo, njeno proizvodnjo in preobrazbo. Molekula ni le skupina atomov, razporejenih v določenem vrstnem redu, povezani so tudi s kemičnimi vezmi. Navsezadnje tekočina, v kateri je en kisik za dva vodikova atoma, ne bo nujno voda. Morda gre le za mešanico tekočega kisika in vodika. Recimo, da vam je uspelo sestaviti kup osem atomov - dva ogljika in šest vodika. Za fizika je ta spojina C2H6, kemičar pa bo nakazal vsaj še dve možnosti združevanja atomov. In kako je mogoče sestaviti takšno molekulo? Najprej premaknete dva atoma ogljika ali ogljiku dodate atom vodika? Znanstveniki vedo, kako manipulirati z atomi, vendar doslej le težka in nereaktivna. Zapletene strukture so nastale iz atomov zlata, železa, ksenona. Toda kako delati s svetlobo in aktivnimi atomi kisika, vodika, ogljika in dušika, ni jasno. Tako sestavljanje beljakovin in nukleinskih kislin ni tako preprosta zadeva, kot si mnogi poskušajo predstavljati. Obstaja še en odtenek, ki omejuje možnosti za fizično sintezo. Kemiki dobijo snov, v kateri je ogromno število molekul. V mililitru vode jih je več milijard milijard. Koliko časa bo trajalo, da sestavimo takšno kocko atomsko. Zdaj je delo z atomsko silo ali tunelirnim mikroskopom podobno umetnosti, brez posebnega kakovostnega izobraževanja pa ni mogoče storiti - navsezadnje je treba vse manipulacije opraviti ročno in ovrednotiti vmesne rezultate. Postopek lahko primerjamo s polaganjem opeke. Tudi če takšno delo mehanizirate in zmorete zložiti milijon atomov na sekundo, bo minilo dve milijardi let, da se razmnoži 1 cm3 kocka vode! Zato milijoni tovarn ne bodo rešili problema sinteze, tako kot milijon nanorobotov, ki se v notranjosti človeka mudijo, ne bo rešil njegovih težav. Enostavno nimamo dovolj življenja, da bi čakali na rezultate svojega dela. Zato je Richard Smalley javno pozval Drexlerja, naj odstrani omembo "ustvarjalnih strojev" iz svojih govorov, da ne bi zavajal javnosti. Vendar ideje o pridobitvi take snovi in ​​materialov ne smemo takoj opustiti. Najprej ne moremo manipulirati z atomi, ampak v veliko večjih blokih, na primer ogljikove nanocevke. V tem primeru bo težava svetlobe in aktivnih atomov izginila, produktivnost pa se bo takoj povečala za več vrst. Tako danes znanstveniki v laboratorijih že prejemajo najpreprostejše in posamezne kopije nanodelcev. Poleg tega lahko pride do takšnih situacij, ko uvedba atoma ali preprosto vpliv od zunaj sproži proces samoorganizacije ali preobrazbe v okolju. Kot rezultat, lahko zelo natančno površinsko skeniranje in večkratna izpostavljenost pomagata ustvariti razširjene predmete z navadno nanostrukturo. In ta metoda lahko ustvari edinstvene vzorčne predloge za nadaljnje kloniranje. Narava ve, kako ustvariti več enakih klonov molekul in organizmov. Mnogi so slišali za reakcijo polimeraze, ko se en kemični del DNK, ki je izvlečen iz biološkega materiala, umetno pomnoži s kemičnimi sredstvi. Toda zakaj ne bi ustvarili podobnih strojev za kloniranje drugih molekul? Znana načela kemije tega ne prepovedujejo, razmnoževanje molekul je povsem resnično in ustreza zakonom narave.

Možnost videza "sive sluzi". Drexler je v svojih delih v koncept vpeljal dve vrsti naprav. Prvi so parserji, njihove funkcije so obrnjene na zbiralce. Takšni mehanizmi naj bi preučevali strukturo novega predmeta in ohranjali njegovo atomsko strukturo v spominu nanoračunalnika. Takšna naprava bi bila sanje kemikov - navsezadnje do zdaj znanost ne more videti vseh atomov, na primer v beljakovinah. Natančna določitev strukture molekule je mogoča le, če je vključena v sestavo kristala skupaj z milijoni podobnih. Nato lahko z drago metodo rentgenske strukturne analize določite položaj vseh atomov v vesolju. Druga vrsta so bili ustvarjalci ali replikatorji. Njihova glavna naloga je bila neprekinjena proizvodnja tako lastnih zbiralcev kot replikatorjev, to je pravzaprav reprodukcija nanorobotov. Drexler je predlagal, da morajo biti replikatorji veliko bolj zapleteni mehanizmi kot preprosti sestavljavci in sestavljeni iz več sto milijonov atomov. Če trajanje podvajanja merimo v minutah, potem bomo po geometrijskem napredovanju na novo ustvarili več kot trilijone novih ustvarjalcev, ki bodo izdelali nove zbiralce. Ta mit pravi, da je možno, da se lahko pojavi situacija, ko bo sistem le prešel na način neomejenega kloniranja, vsa aktivnost replikatorjev pa bo usmerjena le v povečanje lastne populacije. Videti bo kot nekakšen izgred nanomachinov.Zdi se, da nanoroboti za lastno gradnjo potrebujejo le atome, ki jih je mogoče dobiti iz okolja, tako da bo vse okoli njih padlo v trdovratne manipulatorje razstavljalcev, posledično vsa stvar na planetu, in z njo se bomo spremenili v "sivo sluz" - gručo nanorobotov. Mit o koncu sveta ni nov, nič čudnega, da se je ponovno pojavil s to novo tehnologijo. Fantazije o sivi goo so neposredno povezane z nanotehnologijo, ta scenarij imajo filmski ustvarjalci zelo rad, le še krepi splošno napačno predstavo. Vendar je tak potek dogodkov nemogoč. Tudi če še vedno verjamete v možnost sestavljanja nečesa bistvenega iz atomov, razmislite o tem. Najprej Drexlerjevi replikatorji ne bodo imeli zapletenosti ustvariti svoje vrste. Celo 100 milijonov atomov ni dovolj za ustvarjanje računalnika, ki nadzoruje montažo, ali celo pomnilnika. Tudi če domnevamo, da bo 1 atom prenašal 1 bit informacij, bo skupna količina pomnilnika znašala 12,5 megabajtov, kar je za to dejavnost premalo. Poleg tega replikatorji ne bodo mogli dobiti surovin, ki jih potrebujejo. Konec koncev je njihova elementarna sestava opazno drugačna od sestave okolja, vključno z biomaso. Potrebno je veliko časa in energije, da najdete, dostavite in izvlečete potrebne elemente in to določa hitrost razmnoževanja. V makro dimenzijah bo takšen sklop podoben izdelavi obdelovalnega orodja iz elementov, ki jih je še treba najti, izkopati in dostaviti iz različnih planetov osončja. Zato pomanjkanje virov in omejuje neomejeno širjenje populacij katerih koli drugega bitja, še veliko bolj popolnega in prilagojenega kot nanoroboti.

Do leta 2015 bo trg za nanotehnologijo znašal trilijone dolarjev. Razlog za ta mit je bilo poročilo Nacionalne znanstvene fundacije (NSF) iz leta 2001, da naj bi bil trg nanotehnologije do leta 2015 vreden trilijona dolarjev. Kasneje je bila ta izjava še bolj precenjena, rekordna ocena danes znaša tri bilijone dolarjev. Vendar so takšne bliskovite številke bolj kot naslovi tabloidov kot resne tržne raziskave. Danes strokovnjaki niti ne morejo jasno opredeliti, kaj je nanotehnologija. Mikroelektronika je torej že na poti do tega, da postane nanoelektronika, ker je struktura elektronskih vezij že prešla 100 nm oviro. V skladu s tem bo število podjetij, ki proizvajajo "nanoproizvode", hitro raslo. Res je, imeli bodo zelo znana imena - Toshiba, GE, Nokia, Bayer, Kraft itd. Njihove izdelke bi lahko uvrstili med evolucijsko nanotehnologijo. Toda natančno oceniti trg revolucionarne nanotehnologije, ki načrtuje sestavljanje naprav po atomu, je težko oceniti, zato ni mogoče razumljivih ocen. Poleg tega tržne raziskave ne ocenjujejo vrednosti resničnega nanotehnološkega procesa, izdelka ali materiala. Izračunajo se le skupni stroški izdelkov, ki vključujejo nanotehnologijo. To je tanka razlika in poroča več milijard dolarjev. Tako po oceni Lux Research neto trg za nanomateriale do leta 2010 znaša 3,6 milijarde dolarjev, celoten obseg trga z nanotehnologijo pa 1,5 milijarde dolarjev! To v resnici ni ocenjen trg nanotehnologije, ampak trg izdelkov, ki vsebujejo nanodelce. Isti NSF je trdil, da bo v nanoindustriji zaposlenih več kot 200 milijonov ljudi, te številke so zapisane v poročilih in v vlogah za donacije. Vendar pa se je 8-10 let po poročilu izkazalo, da industrija nanotehnologije praktično ne obstaja, kljub velikemu številu raziskovalnih skupin na različnih področjih.


Poglej si posnetek: b-nano zaštita stakla od blataprljavštine (Avgust 2022).