Pēdējos gados arvien biežāk dzirdam vārdus “nanozinātne”, “nanotehnoloģijas”, “nanostrukturēti materiāli”: dzirdam tos radio un televīzijā, pamanām ne tikai zinātnieku, bet arī politiķu runās. Finansējot zinātnes un inovāciju programmas visās attīstītajās pasaules valstīs, nanotehnoloģijām tiek piešķirta augsta prioritāte. Piemēram, Japāna ir pasaules līderis nanomateriālu radīšanā Amerikas Savienotajās Valstīs, pētniecība nanotehnoloģiju jomā saņem dāsnu finansējumu gan no valsts, gan no privātpersonām, un pat Eiropas Savienība ir pieņēmusi savu pamatprogrammu zinātnes attīstība, kurā nanotehnoloģija ieņem vadošo pozīciju. Nesen mūsu prezidents paziņoja par augstu nanotehnoloģiju attīstības prioritāti, vēršot uzmanību uz nanotehnoloģiju īpašo lomu mūsu valsts aizsardzības spējā. Tam no valsts Rezerves fonda tiek atvēlēti ievērojami līdzekļi. Arī Krievijas Federācijas Rūpniecības un zinātnes ministrijai un Krievijas Zinātņu akadēmijai ir savi prioritāro, revolucionāro tehnoloģiju saraksti ar prefiksu “nano-”.

Tātad, ko nozīmē vārds "nano"? Kas ir nanotehnoloģijas un kāpēc tai tiek pievērsta tik liela uzmanība visā pasaulē? Kāpēc to sauc par “revolucionāru izrāvienu tehnoloģijā”, ko tas sola mums, parastajiem cilvēkiem, un ko tas, iespējams, apdraud pasauli? Mēģināsim izdomāt šos jautājumus.

Kudukhova Larisa Iļjiņična, 13.03.2017

1593 183

Izstrādes saturs

Mērķis zinātniskais darbs sastāv no visaptveroša nanotehnoloģiju raksturojuma, ņemot vērā šīs lietišķās zinātnes jomas specifiku un visas īpatnības.

Objekts no šīs pētniecības ir nanotehnoloģijas kā zinātnes un tehnoloģiju joma, un priekšmets– nanotehnoloģiju pielietojuma īpatnības.

Uz galveno uzdevumus darbos ietilpst:

1. Jēdziena “nanotehnoloģijas” definīcija.

2. Nanotehnoloģiju attīstības vēstures apskats pasaulē kopumā un konkrēti Krievijā.

3. Nanotehnoloģiju pielietojamā aspekta precizēšana, tas ir, pielietojuma īpatnības dažādās nozarēs.

4. Nanotehnoloģiju pielietošanas iespēju, metožu un metožu analīze.

5. Nanotehnoloģiju pielietojuma tehnoloģisko pazīmju apzināšana.

6. Nanotehnoloģiju attīstības perspektīvu norādīšana un prognozēšana Krievijā.

Nanotehnoloģijas- metožu un paņēmienu kopums, kas nodrošina iespēju kontrolētā veidā izveidot un modificēt objektus, tostarp komponentus, kuru izmēri ir mazāki par 100 nm, kuriem ir principiāli jaunas īpašības un kas ļauj tos integrēt pilnībā funkcionējošās lielāka mēroga sistēmās.

Nanotehnoloģiju pirmās izmantošanas piemērs ir fotofilmu izgudrojums 1883. gadā, ko veica Džordžs Īstmens, kurš vēlāk nodibināja slaveno uzņēmumu Kodak.

Nanotehnoloģiju pielietojums.

Nanoelektronika un nanofotonika

Viena no perspektīvākajām nanotehnoloģiju pielietojuma jomām ir datortehnoloģijas.

Nanofotonikas uzņēmumi izstrādā ļoti integrētus optisko sakaru komponentus, izmantojot nanooptiku un nanofabrikācijas tehnoloģijas. Šāda pieeja optisko komponentu ražošanai ļauj paātrināt to prototipu ražošanu, uzlabot tehniskos parametrus, samazināt izmēru un samazināt izmaksas.

Nanoenerģētika

Saules paneļi.

• Uzņēmums Toshiba ir izstrādājis uz nanomateriāliem balstītu litija jonu akumulatoru, kas tiek uzlādēts aptuveni 60 reizes ātrāk nekā parasts akumulators. Vienā minūtē to var piepildīt līdz 80%.

• Nanostrukturēti materiāli. Pašlaik ir panākts progress tādu nanomateriālu ražošanā, kas imitē dabiskos kaulaudus.
• 2. Nanodaļiņas. Iespējamo pielietojumu klāsts ir ārkārtīgi plašs. Tā ietver cīņu pret vīrusu slimībām, piemēram, gripu un HIV, vēzi un asinsvadu slimībām.

• 3. Mikro- un nanokapsulas. Miniatūras (~1 µm) kapsulas ar nanoporām var izmantot, lai nogādātu zāles vēlamajā ķermeņa vietā.
• 4. Nanotehnoloģiskie sensori un analizatori. Šāda ierīce, kas spēj atklāt burtiski atsevišķas molekulas, var tikt izmantota, lai noteiktu DNS bāzu vai aminoskābju secību, noteiktu infekcijas slimību patogēnus un toksiskas vielas.

5. Skenējošie mikroskopi ir ierīču grupa, kas ir unikāla ar savām iespējām. Tie ļauj sasniegt pietiekamu palielinājumu, lai apskatītu atsevišķas molekulas un atomus.

6. Nanotools. Piemērs ir skenēšanas zondes mikroskopi, kas ļauj pārvietot jebkuru objektu uz leju līdz atomiem.

Nanokosmētika

Pirms vairākiem gadiem L'Oreal laida tirgū slaveno Revitalift krēmu, kas satur Pro-Retinol A nanosomas, un, pēc kompānijas domām, šis krēms ādā iesūcas daudz labāk nekā citu zīmolu krēmi īpašo mikrodaļiņu dēļ.

• Nanomateriāli tekstilizstrādājumos. Tekstilizstrādājumi, kuru pamatā ir nanomateriāli, iegūst unikālu ūdensnecaurlaidību, netīrumus atgrūdošu, siltumvadītspēju, spēju vadīt elektrību un citas īpašības.

Nanotehnoloģijas lauksaimniecībai un pārtikas rūpniecībai

Nanotehnoloģijas jau tiek izmantotas, lai dezinficētu gaisu un dažādus materiālus, tostarp barību un lopkopības galaproduktus; sēklu un kultūraugu apstrāde, lai tās saglabātu. Tos izmanto, lai stimulētu augu augšanu; dzīvnieku ārstēšana; barības kvalitātes uzlabošana

Markins Kirils Petrovičs

Zinātnes un tehnoloģiju joma, ko sauc par nanotehnoloģiju, ir radusies salīdzinoši nesen. Šīs zinātnes izredzes ir milzīgas. Pati daļiņa “nano” nozīmē vienu miljardo daļu no daudzuma. Piemēram, nanometrs ir viena miljardā daļa no metra. Šie izmēri ir līdzīgi molekulu un atomu izmēriem. Precīza nanotehnoloģijas definīcija ir šāda: nanotehnoloģija ir tehnoloģija, kas manipulē ar vielu atomu un molekulu līmenī (tāpēc nanotehnoloģiju sauc arī par molekulāro tehnoloģiju). Nanotehnoloģiju attīstības stimuls bija Ričarda Feinmena lekcija, kurā viņš zinātniski pierāda, ka no fizikas viedokļa nav nekādu šķēršļu radīt lietas tieši no atomiem. Lai apzīmētu līdzekli efektīvai manipulācijai ar atomiem, tika ieviests montētāja jēdziens - molekulāra nanomašīna, kas var izveidot jebkuru molekulāro struktūru. Dabiskā montētāja piemērs ir ribosoma, kas sintezē olbaltumvielas dzīvos organismos. Acīmredzot nanotehnoloģijas nav tikai atsevišķs zināšanu kopums, tā ir liela mēroga, visaptveroša pētniecības joma, kas saistīta ar fundamentālajām zinātnēm. Varam teikt, ka gandrīz jebkurš skolā apgūtais priekšmets tā vai citādi būs saistīts ar nākotnes tehnoloģijām. Šķiet, ka visredzamākā ir saikne starp “nano” un fiziku, ķīmiju un bioloģiju. Acīmredzot tieši šīs zinātnes saņems vislielāko impulsu attīstībai saistībā ar tuvojošos nanotehnoloģisko revolūciju.

Lejupielādēt:

Priekšskatījums:

Pašvaldības budžeta izglītības iestāde

“Vārdā nosauktā 2. vidusskola. A.A. Arakancevs, Semikarakorska"

Ievads…………………………………………………………………………………..
1. Nanotehnoloģijas mūsdienu pasaulē…………………………………
1.1 Nanotehnoloģiju vēsture………………………………
1.2. Nanotehnoloģijas dažādās cilvēka darbības jomās….
1.2.1. Nanotehnoloģijas kosmosā……………………………………………………………
1.2.2. Nanotehnoloģijas medicīnā……………………………………….
1.2.3. Nanotehnoloģijas pārtikas rūpniecībā……………………
1.2.4. Nanotehnoloģijas militārajās lietās……………………………………..
Secinājums……………………………………………………………….
Bibliogrāfija…………………………………………………………………………………… ...

Ievads.

Pašlaik tikai daži cilvēki zina, kas ir nanotehnoloģija, lai gan aiz šīs zinātnes slēpjas nākotne.

Darba mērķis:

Uzziniet, kas ir nanotehnoloģija;

Izzināt šīs zinātnes pielietojumu dažādās nozarēs;

Uzziniet, vai nanotehnoloģijas var būt bīstamas cilvēkiem.

Zinātnes un tehnoloģiju joma, ko sauc par nanotehnoloģiju, ir radusies salīdzinoši nesen. Šīs zinātnes izredzes ir milzīgas. Pati daļiņa “nano” nozīmē vienu miljardo daļu no daudzuma. Piemēram, nanometrs ir viena miljardā daļa no metra. Šie izmēri ir līdzīgi molekulu un atomu izmēriem. Precīza nanotehnoloģijas definīcija ir šāda: nanotehnoloģija ir tehnoloģija, kas manipulē ar vielu atomu un molekulu līmenī (tāpēc nanotehnoloģiju sauc arī par molekulāro tehnoloģiju). Nanotehnoloģiju attīstības stimuls bija Ričarda Feinmena lekcija, kurā viņš zinātniski pierāda, ka no fizikas viedokļa nav nekādu šķēršļu radīt lietas tieši no atomiem. Lai apzīmētu līdzekli efektīvai manipulācijai ar atomiem, tika ieviests montētāja jēdziens - molekulāra nanomašīna, kas var izveidot jebkuru molekulāro struktūru. Dabiskā montētāja piemērs ir ribosoma, kas sintezē olbaltumvielas dzīvos organismos. Acīmredzot nanotehnoloģijas nav tikai atsevišķs zināšanu kopums, tā ir liela mēroga, visaptveroša pētniecības joma, kas saistīta ar fundamentālajām zinātnēm. Varam teikt, ka gandrīz jebkurš skolā apgūtais priekšmets tā vai citādi būs saistīts ar nākotnes tehnoloģijām. Šķiet, ka visredzamākā ir saikne starp “nano” un fiziku, ķīmiju un bioloģiju. Acīmredzot tieši šīs zinātnes saņems vislielāko impulsu attīstībai saistībā ar tuvojošos nanotehnoloģisko revolūciju.

Šodien mēs varam izmantot priekšrocības un jaunas iespējasnano tehnoloģijas:

• medicīna, tostarp aviācija;
• farmakoloģija;
• geriatrija;
• nācijas veselības aizsardzība pieaugošās vides krīzes un cilvēka izraisīto katastrofu kontekstā;
• globālie datortīkli un informācijas sakari uz jauniem fiziskiem principiem;
• īpaši tālsatiksmes sakaru sistēmas;
• automobiļu, traktoru un aviācijas aprīkojums;
• ceļu drošība;
• informācijas drošības sistēmas;
• megapilsētu vides problēmu risināšana;
• lauksaimniecība;
• dzeramā ūdens apgādes un notekūdeņu attīrīšanas problēmu risināšana;
• principiāli jaunas navigācijas sistēmas;
• dabisko minerālu un ogļūdeņražu izejvielu atjaunošana.

Mēs nolēmām koncentrēties uz nanotehnoloģiju pielietojumu medicīnā, pārtikas rūpniecībā, militārajās lietās un kosmosā, jo šīs jomas izraisīja mūsu interesi.

1. Nanotehnoloģijas mūsdienu pasaulē.

1.1. Nanotehnoloģiju vēsture.

Zinātne "Nanotehnoloģijas" es" radās revolucionāru pārmaiņu dēļ datorzinātnēs!

1947. gadā tika izgudrots tranzistors, pēc kura sākās pusvadītāju tehnikas ziedu laiki, kuru laikā izveidoto silīcija ierīču izmēri nepārtraukti samazinājās.Termins "nanotehnoloģijas"1974. gadā japānis Norjo Taniguči ierosināja aprakstīt jaunu objektu un materiālu konstruēšanas procesu, izmantojot manipulācijas ar atsevišķiem atomiem. Nosaukums cēlies no vārda "nanometrs" - viena miljardā daļa no metra (10-9 m).

Mūsdienu terminos runājot, nanotehnoloģija ir supermikroskopisku struktūru izgatavošanas tehnoloģija no mazākajām vielas daļiņām, apvienojot visus tehniskos procesus, kas ir tieši saistīti ar atomiem un molekulām.

Mūsdienu nanotehnoloģijai ir diezgan dziļa vēsturiskā pēda. Arheoloģiskie atradumi liecina par koloidālu formulējumu esamību senajā pasaulē, piemēram, “ķīniešu tinte” Senajā Ēģiptē. Slavenais Damaskas tērauds tika izgatavots, jo tajā bija nanocaurules.

Par nanotehnoloģiju idejas tēvu var uzskatīt grieķu filozofu Demokritu ap 400. gadu pirms mūsu ēras. laikmetā viņš pirmo reizi izmantoja vārdu “atoms”, kas grieķu valodā nozīmē “nesalaužams”, lai aprakstītu mazākās matērijas daļiņas.

Šeit ir aptuvens attīstības ceļš:

• 1905. gads Šveices fiziķis Alberts Einšteins publicēja rakstu, kurā viņš pierādīja, ka cukura molekulas izmērs ir aptuveni 1 nanometrs.
• 1931. gads Vācu fiziķi Makss Knolls un Ernsts Ruska izveidoja elektronu mikroskopu, kas pirmo reizi ļāva pētīt nanoobjektus.
• 1934. gads Amerikāņu teorētiskais fiziķis un Nobela prēmijas laureāts Eugene Wigner teorētiski pamatoja iespēju izveidot ultradispersu metālu ar pietiekami mazu vadītspējas elektronu skaitu.
• 1951. gads Džons fon Neimans izklāstīja pašreplicēšanas mašīnu principus, un zinātnieki kopumā apstiprināja to iespējamību.
• 1953. gadā Vatsons un Kriks aprakstīja DNS struktūru, kas parādīja, kā dzīvi objekti nodod norādījumus, kas vada to uzbūvi.
• 1959. gads Amerikāņu fiziķis Ričards Feinmens pirmo reizi publicēja rakstu, kurā novērtēja miniaturizācijas izredzes. Nobela prēmijas laureāts R. Feinmans uzrakstīja frāzi, kas tagad tiek uztverta kā pareģojums: "Cik es redzu, fizikas principi neaizliedz manipulēt ar atsevišķiem atomiem." Šī ideja izskanēja, kad postindustriālā laikmeta sākums vēl nebija realizēts; šajos gados nebija ne integrālo shēmu, ne mikroprocesoru, ne personālo datoru.
• 1974. gads Japāņu fiziķis Norio Taniguči zinātniskajā apritē ieviesa vārdu "nanotehnoloģija", ko viņš ierosināja saukt par mehānismiem, kuru izmērs ir mazāks par vienu mikronu. Grieķu vārds "nanos" aptuveni nozīmē "vecais vīrs".
• 1981. gads Gleiters pirmais pievērsa uzmanību iespējai radīt materiālus ar unikālām īpašībām, kuru struktūru attēlo nanomēroga diapazonā esošie kristalīti.

• 1981. gada 27. martā CBS Radio News citēja NASA strādājoša zinātnieka teikto, ka inženieri divdesmit gadu laikā spēs uzbūvēt pašreplicējošus robotus izmantošanai kosmosā vai uz Zemes. Šīs mašīnas veidotu paši sev kopijas, un kopijām varētu likt radīt noderīgus produktus.
• 1982 G. Biening un G. Rohrer izveidoja pirmo skenējošo tunelēšanas mikroskopu.
• 1985. gads Amerikāņu fiziķi Roberts Kērls, Harolds Kroteau un Ričards Smailijs radījuši tehnoloģiju, kas ļauj precīzi izmērīt objektus ar viena nanometra diametru.
• 1986. gads Nanotehnoloģijas kļuva zināmas plašākai sabiedrībai. Amerikāņu zinātnieks Ēriks Drekslers publicēja grāmatu “Machines of Creation: The Coming of the Era of Nanotechnology”, kurā viņš prognozēja, ka nanotehnoloģijas drīz sāks aktīvi attīstīties.
• 1991, Hjūstona (ASV), Raisa Universitātes Ķīmijas nodaļa. Dr. R. Smalley (Nobela prēmijas laureāts 1996. gadā) savā laboratorijā izmantoja lāzeru, lai vakuumā iztvaicētu grafītu, kura gāzes fāze sastāvēja no diezgan lieliem krekeriem: katrā ar 60 oglekļa atomiem. 60 atomu kopa ir stabilāka, jo tai ir palielināta brīvā enerģija. Šis klasteris ir strukturāls veidojums, kas līdzīgs futbola bumbai, un viņš ierosināja šo molekulu saukt par fullerēnu.
• 1991. gads, Japānas NEC laboratorijas darbinieks Sumio Ijima pirmo reizi atklāja oglekļa nanocaurules, ko pirms vairākiem mēnešiem bija paredzējuši krievu fiziķis L. Černozonskis un amerikānis J. Mintmirs.
• 1995. gads L.Ya vārdā nosauktajā Fizikas un ķīmijas zinātniskās pētniecības institūtā. Karpovs izstrādāja sensoru, kura pamatā ir plēves nanokompozīts, kas nosaka dažādas vielas atmosfērā (amonjaku, spirtu, ūdens tvaikus).
• 1997. gads Richard E. Smalley, 1996. gada Nobela prēmijas ieguvējs ķīmijā, ķīmijas un fizikas profesors, paredzēja atomu salikšanu līdz 2000. gadam un tajā pašā laikā paredzēja pirmo komerciālo nanoproduktu parādīšanos. Šī prognoze piepildījās paredzētajā laika posmā.
• 1998. gads Eksperimentāli tika apstiprināta nanocauruļu elektrisko īpašību atkarība no ģeometriskajiem parametriem.
• 1998. gads Holandiešu fiziķis Zēzs Dekers radīja tranzistoru, kura pamatā ir nanotehnoloģija.
• 1998. gads Nanotehnoloģiju attīstības temps sāka strauji pieaugt. Japāna ir identificējusi nanotehnoloģiju kā iespējamu tehnoloģiju kategoriju 21. gadsimtā.
• 1999. gads Amerikāņu fiziķi Džeimss Tūrs un Marks Rīds konstatēja, ka atsevišķa molekula var uzvesties tāpat kā molekulārās ķēdes.
• 2000. gads. Hewlett-Packard pētnieku grupa, izmantojot jaunākās nanotehnoloģiskās pašmontāžas metodes, ir izveidojusi slēdža molekulu jeb minikrodiodu.

• 2000. gads. Hibrīdās nanoelektronikas ēras sākums.
• 2002. gads S. Dekers apvienoja nanocauruli ar DNS, iegūstot vienotu nanomehānismu.
• 2003. gads Japānas zinātnieki ir kļuvuši par pirmajiem pasaulē, kas radījuši cietvielu ierīci, kas īsteno vienu no diviem galvenajiem elementiem, kas nepieciešami kvantu datora izveidei. 2004. gads. Tika prezentēts "pasaulē pirmais" kvantu dators

• 2006. gada 7. septembrī Krievijas Federācijas valdība apstiprināja Nanotehnoloģiju attīstības federālās mērķprogrammas 2007.-2010. gadam koncepciju.

Tādējādi Nanotehnoloģijas, kas veidojušās vēsturiski, līdz pat mūsdienām, iekarojušas sabiedrības apziņas teorētisko jomu, turpina iekļūt savā ikdienas slānī.

Tomēr nanotehnoloģiju nevajadzētu reducēt tikai līdz lokālam revolucionāram izrāvienam šajās jomās (elektronika, informācijas tehnoloģijas). Nanotehnoloģijās jau ir iegūti vairāki ārkārtīgi svarīgi rezultāti, kas ļauj cerēt uz ievērojamu progresu daudzu citu zinātnes un tehnoloģiju jomu (medicīnas un bioloģijas, ķīmijas, ekoloģijas, enerģētikas, mehānikas u.c.) attīstībā. Piemēram, pārejot uz nanometru diapazonu (t.i., uz objektiem ar raksturīgo garumu aptuveni 10 nm), daudzas no svarīgākajām vielu un materiālu īpašībām būtiski mainās. Mēs runājam par tādām svarīgām īpašībām kā elektrovadītspēja, optiskais laušanas koeficients, magnētiskās īpašības, izturība, karstumizturība utt. Pamatojoties uz materiāliem Ar Izmantojot jaunas īpašības, jau tiek radīti jauni saules paneļu veidi, enerģijas pārveidotāji, videi draudzīgi produkti utt.Iespējams, ka nanotehnoloģiju ieviešanas svarīgākās sekas būs lētu, enerģiju taupošu un videi draudzīgu materiālu ražošana.Jau ir izveidoti īpaši jutīgi bioloģiskie sensori un citas ierīces, kas ļauj runāt par jaunas nanobiotehnoloģijas zinātnes rašanos un kurām ir lielas perspektīvas praktiskai pielietošanai. Nanotehnoloģijas piedāvā jaunas iespējas materiālu mikroapstrādei un jaunu ražošanas procesu un jaunu produktu radīšanai uz šī pamata, kam vajadzētu revolucionāri ietekmēt nākamo paaudžu ekonomisko un sociālo dzīvi.

1.2. Nanotehnoloģijas dažādās cilvēka darbības sfērās

Nanotehnoloģiju iekļūšanu cilvēka darbības sfērās var attēlot nanotehnoloģiju koka formā. Lietojumprogrammas ir koka formā, kur zari atspoguļo galvenās pielietojuma jomas, un zari no galvenajiem zariem atspoguļo diferenciāciju galvenajās lietošanas jomās noteiktā laikā.

Šodien (2000 - 2010) ir šāds attēls:

• bioloģijas zinātnes ietver gēnu tagu tehnoloģiju, implantu virsmu, pretmikrobu virsmu, mērķpreparātu, audu inženierijas, onkoloģijas terapijas izstrādi.
• vienkāršas šķiedras nozīmē papīra tehnoloģiju, lētu būvmateriālu, vieglu plātņu, auto detaļu un lieljaudas materiālu attīstību.
• nanoklipi liecina par jaunu audumu ražošanu, stikla pārklājumu, “gudrajām” smiltīm, papīru, oglekļa šķiedras.
• aizsardzība pret koroziju, izmantojot nanopiedevas vara, alumīnija, magnija, tērauda.
• katalizatori ir paredzēti izmantošanai lauksaimniecībā, dezodorācijā un pārtikas ražošanā.
• Viegli tīrāmi materiāli tiek izmantoti ikdienas dzīvē, arhitektūrā, piena un pārtikas rūpniecībā, transporta nozarē un sanitārijā. Tas ir pašattīrošā stikla, slimnīcu iekārtu un instrumentu, pretpelējuma pārklājuma un viegli tīrāmas keramikas ražošana.
• Biopārklājumus izmanto sporta ekipējumā un gultņos.
• Optika kā nanotehnoloģiju pielietojuma joma ietver tādas jomas kā elektrohromika un optisko lēcu ražošana. Tā ir jauna fotohromiskā optika, viegli tīrāma optika un pārklāta optika.
• Keramika nanotehnoloģiju jomā dod iespēju iegūt elektroluminiscenci un fotoluminiscenci, apdrukas pastas, pigmentus, nanopulverus, mikrodaļiņas, membrānas.
• Datortehnoloģijas un elektronika kā nanotehnoloģiju pielietojuma joma ļaus attīstīt elektroniku, nanosensorus, sadzīves (iegultos) mikrodatorus, vizualizācijas rīkus un enerģijas pārveidotājus. Nākamais ir globālo tīklu, bezvadu sakaru, kvantu un DNS datoru attīstība.
• Nanomedicīna kā nanotehnoloģiju pielietojuma joma ietver nanomateriālus protezēšanai, “gudrās” protēzes, nanokapsulas, diagnostikas nanozondes, implantus, DNS rekonstruktorus un analizatorus, “viedos” un precīzijas instrumentus, mērķtiecīgus medikamentus.
• Kosmoss kā nanotehnoloģiju pielietojuma joma pavērs perspektīvas mehāniskiem saules enerģijas pārveidotājiem un nanomateriāliem kosmosa lietojumiem.
• Ekoloģija kā nanotehnoloģiju pielietojuma joma ir ozona slāņa atjaunošana, laikapstākļu kontrole.

1.2.1. Nanotehnoloģijas kosmosā

Kosmosā plosās revolūcija. Sāka radīt satelītus un nanoierīces līdz 20 kilogramiem.

Ir izveidota mikrosatelītu sistēma, kas ir mazāk neaizsargāta pret mēģinājumiem to iznīcināt. Viena lieta ir orbītā notriekt vairākus simtus kilogramu vai pat tonnu smagu kolosu, nekavējoties atspējojot visus kosmosa sakarus vai izlūkošanu, un cita lieta, ja orbītā atrodas vesels mikrosatelītu bars. Viena no tām neveiksme šajā gadījumā netraucēs visas sistēmas darbību. Attiecīgi var samazināt prasības katra satelīta darbības uzticamībai.

Jaunie zinātnieki uzskata, ka satelītu mikrominiaturizācijas galvenās problēmas cita starpā ietver jaunu tehnoloģiju radīšanu optikas jomā, sakaru sistēmas, liela apjoma informācijas pārraidīšanas, saņemšanas un apstrādes metodes. Runa ir par nanotehnoloģijām un nanomateriāliem, kas dod iespēju par divām kārtām samazināt kosmosā palaistu ierīču masu un izmērus. Piemēram, nanoniķeļa izturība ir 6 reizes lielāka nekā parastajam niķelim, kas ļauj, izmantojot raķešu dzinējos, samazināt sprauslas masu par 20-30%.Kosmosa tehnoloģiju masas samazināšana atrisina daudzas problēmas: pagarina ierīces kalpošanas laiku kosmosā, ļauj tai lidot tālāk un pārvadāt pētniecībai noderīgāku aprīkojumu. Tajā pašā laikā tiek atrisināta energoapgādes problēma. Drīzumā ar miniatūrām ierīcēm tiks pētītas daudzas parādības, piemēram, Saules staru ietekme uz procesiem uz Zemes un Zemei tuvajā kosmosā.

Mūsdienās kosmoss nav eksotisks, un tā izpēte nav tikai prestiža jautājums. Pirmkārt, tas ir mūsu valsts nacionālās drošības un nacionālās konkurētspējas jautājums. Tā ir ļoti sarežģītu nanosistēmu izstrāde, kas var kļūt par valsts priekšrocību. Tāpat kā nanotehnoloģijas, arī nanomateriāli dos mums iespēju nopietni runāt par pilotētiem lidojumiem uz dažādām Saules sistēmas planētām. Tieši nanomateriālu un nanomehānismu izmantošana var padarīt cilvēku lidojumus uz Marsu un Mēness virsmas izpēti par realitāti.Vēl viena ļoti populāra mikrosatelītu attīstības joma ir Zemes attālās uzrādes (ERS) izveide. Sāka veidoties tirgus informācijas patērētājiem ar kosmosa attēlu izšķirtspēju 1 m radara diapazonā un mazāku par 1 m optiskajā diapazonā (galvenokārt šādus datus izmanto kartogrāfijā).

1.2.2. Nanotehnoloģijas medicīnā

Jaunākie sasniegumi nanotehnoloģiju jomā, pēc zinātnieku domām, var būt ļoti noderīgi cīņā pret vēzi. Pretvēža zāles ir izstrādātas tieši mērķim – ļaundabīga audzēja skartajās šūnās. Jauna sistēma, kuras pamatā ir materiāls, kas pazīstams kā biosilīcijs. Nanosilikonam ir poraina struktūra (desmit atomi diametrā), kurā ir ērti ievadīt zāles, olbaltumvielas un radionuklīdus. Sasniedzot mērķi, biosilikons sāk sadalīties, un tā piegādātās zāles sāk darboties. Turklāt, pēc izstrādātāju domām, jaunā sistēma ļauj regulēt zāļu devu.

Pēdējo gadu laikā Bioloģisko nanotehnoloģiju centra darbinieki ir strādājuši pie mikrosensoru izveides, kas tiks izmantoti vēža šūnu noteikšanai organismā un cīņai pret šo briesmīgo slimību.

Jauna metode vēža šūnu atpazīšanai ir balstīta uz sīku sfērisku rezervuāru, kas izgatavoti no sintētiskiem polimēriem, ko sauc par dendrimeriem (no grieķu dendron — koks), implantēšanu cilvēka ķermenī. Šie polimēri tika sintezēti pēdējā desmitgadē, un tiem ir principiāli jauna, necieta struktūra, kas atgādina koraļļu vai koka struktūru. Šādus polimērus sauc par hiperzaru vai kaskādi. Tos, kuros zarošanās ir regulāra, sauc par dendrimeriem. Katras šādas sfēras jeb nanosensora diametrs sasniedz tikai 5 nanometrus - 5 miljarddaļas no metra, kas ļauj nelielā kosmosa laukumā novietot miljardus līdzīgu nanosensoru.

Nokļūstot ķermenī, šie sīkie sensori iekļūs limfocītos - balto asins šūnu, kas nodrošina ķermeņa aizsardzības reakciju pret infekciju un citiem slimību izraisošiem faktoriem. Limfoīdo šūnu imūnās atbildes reakcijas laikā uz noteiktu slimību vai vides stāvokli – piemēram, saaukstēšanos vai starojuma iedarbību – mainās šūnas proteīna struktūra. Katrs nanosensors, kas pārklāts ar īpašiem ķīmiskiem reaģentiem, sāks spīdēt ar šādām izmaiņām.

Lai redzētu šo mirdzumu, zinātnieki gatavojas izveidot īpašu ierīci, kas skenē acs tīkleni. Šādas ierīces lāzeram vajadzētu noteikt limfocītu mirdzumu, kad tie viens pēc otra iziet cauri fundusa šaurajiem kapilāriem. Ja limfocītos ir pietiekami daudz marķētu sensoru, tad, lai noteiktu šūnu bojājumus, ir nepieciešama 15 sekunžu skenēšana, norāda zinātnieki.

Tieši šeit sagaidāma vislielākā nanotehnoloģiju ietekme, jo tā ietekmē pašu sabiedrības pastāvēšanas pamatu – cilvēkus. Nanotehnoloģijas sasniedz tādu fiziskās pasaules dimensiju līmeni, kad atšķirība starp dzīvo un nedzīvo kļūst nestabila - tās ir molekulārās mašīnas. Pat vīrusu daļēji var uzskatīt par dzīvu sistēmu, jo tajā ir informācija par tā uzbūvi. Bet ribosoma, lai gan tā sastāv no tiem pašiem atomiem kā visas organiskās vielas, nesatur šādu informāciju un tāpēc ir tikai organiska molekulārā mašīna. Nanotehnoloģijas tās izstrādātajā formā ietver nanorobotu konstruēšanu, neorganiskā atomu sastāva molekulārās mašīnas, kurām ir informācija par šādu konstrukciju, būs iespēja izveidot paši sev kopijas. Tāpēc robeža starp dzīvo un nedzīvo sāk izplūst. Līdz šim ir izveidots tikai viens primitīvs staigājošs DNS robots.

Nanomedicīnu raksturo šādas iespējas:

1. Laboratorijas mikroshēmā, mērķtiecīga zāļu ievadīšana organismā.

2. DNS mikroshēmas (individuālu zāļu izveide).

3. Mākslīgie enzīmi un antivielas.

4. Mākslīgie orgāni, mākslīgie funkcionālie polimēri (organiskie audu aizstājēji). Šis virziens ir cieši saistīts ar mākslīgās dzīves ideju un nākotnē noved pie robotu radīšanas ar mākslīgu apziņu un spēj pašatveseļoties molekulārā līmenī. Tas ir saistīts ar dzīves jēdziena paplašināšanos ārpus organiskā

5. Nanorobot ķirurgi (biomehānismi, kas veic izmaiņas un nepieciešamās medicīniskās darbības, vēža šūnu atpazīšanu un iznīcināšanu). Šis ir radikālākais nanotehnoloģiju pielietojums medicīnā – molekulāro nanorobotu radīšana, kas spēj iznīcināt infekcijas un vēža audzējus, labot bojāto DNS, audus un orgānus, dublēt veselas organisma dzīvības atbalsta sistēmas un mainīt organisma īpašības.

Uzskatot vienu atomu kā celtniecības bloku vai “daļu”, nanotehnoloģijas meklē praktiskus veidus, kā no šīm daļām izgatavot materiālus ar noteiktām īpašībām. Daudzi uzņēmumi jau zina, kā montēt atomus un molekulas noteiktās struktūrās.

Nākotnē jebkuras molekulas tiks montētas kā bērnu konstrukcijas komplekts. Šim nolūkam plānots izmantot nanorobotus (nanobotus). Jebkuru ķīmiski stabilu struktūru, ko var aprakstīt, faktiski var uzbūvēt. Tā kā nanobotu var ieprogrammēt, lai izveidotu jebkuru struktūru, jo īpaši, lai izveidotu citu nanobotu, tie būs ļoti lēti. Strādājot milzīgās grupās, nanoboti varēs izveidot jebkurus objektus ar zemām izmaksām un augstu precizitāti. Medicīnā nanotehnoloģiju izmantošanas problēma ir nepieciešamība mainīt šūnas struktūru molekulārā līmenī, t.i. veikt “molekulāro ķirurģiju”, izmantojot nanobotus. Paredzams, ka tiks radīti molekulārie roboti ārsti, kas var “dzīvot” cilvēka ķermenī, novēršot visus radušos bojājumus vai novēršot to rašanos.Manipulējot ar atsevišķiem atomiem un molekulām, nanoboti varēs salabot šūnas. Prognozētais robotu ārstu radīšanas periods, 21. gadsimta pirmā puse.

Neskatoties uz pašreizējo situāciju, nanotehnoloģijas kā fundamentāls risinājums novecošanas problēmai ir vairāk nekā daudzsološs.

Tas ir saistīts ar faktu, ka nanotehnoloģijām ir liels komerciāla pielietojuma potenciāls daudzās nozarēs, un attiecīgi papildus nopietnam valsts finansējumam pētījumus šajā virzienā veic daudzas lielas korporācijas.

Pilnīgi iespējams, ka pēc uzlabojumiem, lai nodrošinātu “mūžīgo jaunību”, nanoboti vairs nebūs vajadzīgi vai arī tos ražos pati šūna.

Lai sasniegtu šos mērķus, cilvēcei ir jāatrisina trīs galvenie jautājumi:

1. Izstrādājiet un izveidojiet molekulāros robotus, kas var salabot molekulas.
2. Izstrādāt un izveidot nanodatorus, kas vadīs nanomašīnas.
3. Izveidojiet pilnīgu visu cilvēka ķermeņa molekulu aprakstu, citiem vārdiem sakot, izveidojiet cilvēka ķermeņa karti atomu līmenī.

Galvenās grūtības ar nanotehnoloģiju ir pirmā nanobota izveides problēma. Ir vairāki daudzsološi virzieni.

Viens no tiem ir uzlabot skenēšanas tunelēšanas mikroskopu vai atomu spēka mikroskopu un sasniegt pozicionēšanas precizitāti un satveršanas spēku.
Vēl viens ceļš uz pirmā nanobota izveidi ved caur ķīmisko sintēzi. Var būt iespējams izstrādāt un sintezēt gudrus ķīmiskos komponentus, kas var paši savākties šķīdumā.
Un cits ceļš ved caur bioķīmiju. Ribosomas (šūnas iekšpusē) ir specializēti nanoboti, un mēs varam tos izmantot, lai izveidotu daudzpusīgākus robotus.

Šie nanoboti spēs palēnināt novecošanās procesu, apstrādāt atsevišķas šūnas un mijiedarboties ar atsevišķiem neironiem.

Pētniecības darbs sākās salīdzinoši nesen, taču atklājumu temps šajā jomā ir ārkārtīgi augsts, daudzi uzskata, ka tā ir medicīnas nākotne.

1.2.3. Nanotehnoloģijas pārtikas rūpniecībā

Nanofood ir jauns termins, neskaidrs un neizskatīgs. Ēdiens nanocilvēkiem? Ļoti mazas porcijas? Nanorūpnīcās ražota pārtika? Protams, nē. Bet tomēr tas ir interesants virziens pārtikas rūpniecībā. Izrādās, nanopārtika ir vesels zinātnisku ideju kopums, kas jau ir ceļā uz ieviešanu un pielietošanu rūpniecībā. Pirmkārt, nanotehnoloģija var nodrošināt pārtikas ražotājiem unikālas iespējas produktu kvalitātes un drošības pilnīgai uzraudzībai reāllaikā tieši ražošanas procesā. Runa ir par diagnostikas iekārtām, kurās izmanto dažādus nanosensorus jeb tā sauktos kvantu punktus, kas spēj ātri un droši noteikt vismazākos ķīmiskos piesārņotājus vai bīstamos bioloģiskos aģentus produktos. Pārtikas ražošanas, transportēšanas un uzglabāšanas metodes var saņemt savu daļu noderīgu inovāciju no nanotehnoloģiju nozares. Pēc zinātnieku domām, pirmās šāda veida ražošanas iekārtas masveida pārtikas ražošanā parādīsies nākamo četru gadu laikā. Taču dienaskārtībā ir arī radikālākas idejas. Vai esat gatavs norīt nanodaļiņas, kuras nevar redzēt? Ko darīt, ja nanodaļiņas tiek īpaši izmantotas, lai piegādātu noderīgas vielas un zāles precīzi izvēlētām ķermeņa daļām? Kā būtu, ja šādas nanokapsulas varētu ieviest pārtikas produktos? Neviens vēl nav izmantojis nanopārtiku, taču jau notiek sākotnējā izstrāde. Eksperti saka, ka ēdamās nanodaļiņas varētu izgatavot no silīcija, keramikas vai polimēriem. Un protams - organiskās vielas. Un, ja viss ir skaidrs attiecībā uz tā saukto “mīksto” daļiņu drošību, kuras pēc struktūras un sastāva ir līdzīgas bioloģiskajiem materiāliem, tad “cietās” daļiņas, kas sastāv no neorganiskām vielām, ir liela tukša vieta divu teritoriju – nanotehnoloģijas un bioloģijas – krustpunktā. . Zinātnieki vēl nevar pateikt, pa kādiem ceļiem šādas daļiņas ceļos organismā un kur tās nonāks. Tas vēl jāredz. Bet daži eksperti jau zīmē futūristiskus attēlus par nanoēdāju priekšrocībām. Papildus vērtīgu uzturvielu piegādei pareizajās šūnās. Ideja ir tāda: visi pērk vienu un to pašu dzērienu, bet tad patērētājs varēs kontrolēt nanodaļiņas, lai viņa acu priekšā mainītos dzēriena garša, krāsa, aromāts un koncentrācija.

1.2.4. Nanotehnoloģijas militārajās lietās

Nanotehnoloģiju militārā izmantošana paver kvalitatīvi jaunu militāri tehniskās dominances līmeni pasaulē. Var apsvērt galvenos virzienus jaunu, uz nanotehnoloģiju balstītu ieroču radīšanā:

1. Jaunu jaudīgu miniatūru sprāgstvielu izveide.

2. Makroierīču iznīcināšana no nanolīmeņa.

3. Spiegošana un sāpju apspiešana, izmantojot neirotehnoloģijas.

4. Bioloģiskie ieroči un ģenētiskās mērķēšanas nanoierīces.

5. Nano tehnika karavīriem.

6. Aizsardzība pret ķīmiskajiem un bioloģiskajiem ieročiem.

7. Nanoierīces militārā aprīkojuma vadības sistēmās.

8. Nanopārklājumi militārajam aprīkojumam.

Nanotehnoloģijas ļaus ražot spēcīgas sprāgstvielas. Sprāgstvielas izmēru var samazināt desmitiem reižu. Uzbrukums ar vadāmām raķetēm ar nanosprāgstvielām kodoldegvielas reģenerācijas iekārtām varētu atņemt valstij fizisko spēju ražot ieročiem piemērotu plutoniju. Maza izmēra robotizētu ierīču ieviešana elektroniskajās iekārtās var traucēt elektrisko ķēžu un mehānikas darbību, izmantojot. Vadības centru un komandpunktu kļūmes nevar novērst, ja nanoierīces nav izolētas. Roboti materiālu demontāžai atomu līmenī kļūs par spēcīgiem ieročiem, kas pārvērš putekļos tanku bruņas, kārbu betona konstrukcijas, kodolreaktoru korpusus un karavīru ķermeņus. Bet tas joprojām ir tikai progresīvas nanotehnoloģijas formas izredzes. Tikmēr tiek veikti pētījumi neironu tehnoloģiju jomā, kuru izstrāde novedīs pie militāru nanoierīču parādīšanās, kas veic spiegošanu jeb pārtver cilvēka ķermeņa funkciju kontroli, izmantojot nanoierīču savienojumu ar nervu sistēma. NASA laboratorijas jau ir izveidojušas iekārtas darba paraugus iekšējās runas pārtveršanai. Nanostruktūru fotoniskie komponenti, kas spēj uztvert un apstrādāt milzīgu informācijas daudzumu, kļūs par kosmosa uzraudzības sistēmu, zemes novērošanas un spiegošanas pamatu. Ar smadzenēs ievadīto nanoierīču palīdzību iespējams iegūt “mākslīgo” (tehnisko) redzi ar paplašinātu uztveres diapazonu, salīdzinot ar bioloģisko redzi. Tiek izstrādāta sistēma sāpju nomākšanai karavīriem, implantēta ķermenī un smadzenēs, un neiročipi.

Nākamais nanotehnoloģiju militārais pielietojums ir ģenētiski mērķētas nanoierīces. Ģenētiski mērķētu nanoierīci var ieprogrammēt, lai tā veiktu īpašas destruktīvas darbības atkarībā no tās šūnas ģenētiskās DNS struktūras, kurā tā atrodas. Kā nosacījums ierīces aktivizēšanai tiek iestatīta unikāla konkrētas personas ģenētiskā koda sadaļa vai veidne darbībām ar cilvēku grupu. Būs gandrīz neiespējami atšķirt parastu epidēmiju no etniskās tīrīšanas bez nanorobotu noteikšanas instrumentiem. Nanoierīces darbosies tikai pret noteikta veida cilvēkiem un stingri noteiktos apstākļos. Nokļūstot ķermenī, nanoierīce nekādā veidā neizpaudīsies, kamēr netiks dota aktivizēšanas komanda. Nākamais nanotehnoloģiju pielietojums ir karavīru ekipējumā. Tiek piedāvāts no cilvēka, formas tērpiem un ieročiem izgatavot sava veida hibrīdu, kura elementi būs tik cieši saistīti, ka pilnībā ekipētu nākotnes karavīru var saukt par atsevišķu organismu.

Nanotehnoloģijas ir nodrošinājušas izrāvienu bruņuvestu un bruņuvestu ražošanā.

Militārais aprīkojums ir paredzēts aprīkot ar īpašu "elektromehānisko krāsu", kas ļaus mainīt krāsu un novērst koroziju. Nanopaint spēs “sadziedēt” nelielus auto virsbūves bojājumus un sastāvēs no liela skaita nanomehānismu, kas tai ļaus veikt visas iepriekš minētās funkcijas. Izmantojot optisko matricu sistēmu, kas būs atsevišķas nanomašīnas "krāsojumā", pētnieki vēlas panākt automašīnas vai lidmašīnas neredzamības efektu.

Nanotehnoloģijas ienesīs pārmaiņas militārajā jomā. Jaunas kvalitatīvi pārveidotas un nekontrolētas bruņošanās sacensības. Kontroli pār nanotehnoloģiju var reāli īstenot tikai globālā civilizācijā. Nanotehnoloģijas ļaus pilnībā mehanizēt lauka karadarbību, likvidējot modernizēto karavīru klātbūtni.

Tādējādi galvenais secinājums par nanotehnoloģiju iespiešanās rezultātu ieroču sfērā ir tādas globālas sabiedrības veidošanās perspektīva, kas spēj kontrolēt nanotehnoloģiju un bruņošanās sacensību. Šo universālisma tendenci nosaka tehnogēnās civilizācijas racionalitāte un pauž tās intereses un vērtības.

Secinājums

Noskaidrojot nanotehnoloģijas jēdzienu, iezīmējot tās perspektīvas un pakavējoties pie iespējamām briesmām un draudiem, es vēlos izdarīt secinājumu. Uzskatu, ka nanotehnoloģijas ir jauna zinātne, tās attīstības rezultāti var līdz nepazīšanai mainīt apkārtējo pasauli. Un kādas šīs pārmaiņas būs – noderīgas, dzīvi nesalīdzināmi atvieglojot vai kaitīgas, cilvēcei apdraudošas – ir atkarīgs no cilvēku savstarpējās sapratnes un racionalitātes. Un savstarpēja sapratne un racionalitāte ir tieši atkarīga no cilvēcības līmeņa, kas paredz cilvēka atbildību par savu rīcību. Tāpēc pēdējos gados pirms neizbēgamā nanotehnoloģiskā “buma” svarīgākā nepieciešamība ir filantropijas kultivēšana. Tikai inteliģenti un humāni cilvēki var pārvērst nanotehnoloģiju par atspēriena punktu, lai izprastu Visumu un savu vietu šajā Visumā.

Bibliogrāfija

1. Objektorientētās programmēšanas pamati Delphi: mācību grāmata. rokasgrāmata / V.V.Kuzņecovs, I.V.Abdrašitova; Ed. T. B. Korņejeva. – red. 3., pārskatīts un papildu – Tomska, 2008. – 120 lpp.
2. Kimmel P. Aplikācijas izveide Delfos./P. Kimel – M: Williams, 2003. – 114 lpp.
3. Kobajaši N. Ievads nanotehnoloģijā/N. Kobajaši. – M.:Binom, 2005 - 134s
4. Čaplygins A. “nanotehnoloģijas elektronikā” / A. Čaplygins. - 2005 M.: tehnosfēra
5. http:// www.delphi.com

   Priekšskatījums:

   Lai izmantotu prezentāciju priekšskatījumus, izveidojiet Google kontu un pierakstieties:

Izveidots 06.12.2012 10:45

Zobu pasta

Iztīriet sniegbaltus zobus ar noteiktu pastu, un minerālvielu nanodaļiņas uz kalcija hidroksiapatīta bāzes aizpildīs emaljas mikroplaisas un pasargās zobus no kariesa dobumiem.

Alumīnija oksīds, UV absorbējošo saules aizsargkrēmu aktīvā sastāvdaļa, sadalās, sajaucoties ar citām molekulām, piemēram, sviedriem uz ādas. Ievietojiet šīs aktīvās sastāvdaļas nanoemulsijā, un tās paliks atdalītas no apkārtējās vides un spēs veikt savu absorbējošo funkciju.

Rapšu eļļa

Daudzi proteīni un vitamīni nešķīst ūdenī, tāpēc tos ir grūti pievienot pārtikai. Bet, ja jūs tos sadalīsit nanopiliņos, problēma tiks atrisināta. Rapšu eļļa satur fitosterīnu nano-pilienus, kas palīdz uzturēt zemu holesterīna līmeni, lai jūs varētu ēst ceptu vistu visu diennakti, neciešot no holesterīna uzkrāšanās organismā.

Prezervatīvi

Jā, nanotehnoloģijas ir atradušas ceļu pasaulē, šoreiz nanoputu veidā prezervatīvos. Sudraba nanodaļiņas putās iznīcina baktērijas un novērš seksuāli transmisīvo infekciju izplatīšanos.

Nanotehnoloģijas ir fundamentālās un lietišķās zinātnes un tehnoloģiju joma, kas nodarbojas ar teorētisko pamatojumu, praktisko izpētes, analīzes un sintēzes metožu, kā arī produktu ar noteiktu atomu struktūru ražošanas un izmantošanas kombināciju, izmantojot kontrolētas manipulācijas ar indivīdu. atomi un molekulas.

Stāsts

Daudzi avoti, galvenokārt angļu valodā, saista pirmo pieminēšanu par metodēm, kuras vēlāk nodēvēja par nanotehnoloģiju, ar Ričarda Feinmena slaveno runu “There’s Plenty of Room at the Bottom”, ko viņš teica 1959. gadā Kalifornijas Tehnoloģiju institūtā ikgadējā konferencē. Amerikas Fizikas biedrības sanāksme. Ričards Feinmens ierosināja, ka ir iespējams mehāniski pārvietot atsevišķus atomus, izmantojot atbilstoša izmēra manipulatoru, vismaz šāds process nebūtu pretrunā ar mūsdienās zināmajiem fizikas likumiem.

Viņš ieteica veikt šo manipulatoru šādā veidā. Ir nepieciešams izveidot mehānismu, kas radītu sev kopiju, tikai par kārtu mazāku. Izveidotajam mazākajam mehānismam atkal jārada sava kopija, atkal par kārtu mazāka un tā tālāk, līdz mehānisma izmēri ir samērojami ar viena atoma kārtas izmēriem. Šajā gadījumā būs jāveic izmaiņas šī mehānisma struktūrā, jo gravitācijas spēki, kas darbojas makrokosmosā, ietekmēs arvien mazāk, un starpmolekulārās mijiedarbības spēki un van der Vāla spēki arvien vairāk ietekmēs mehānisma darbību. mehānisms.

Pēdējais posms - iegūtais mehānisms saliks savu kopiju no atsevišķiem atomiem. Principā šādu kopiju skaits ir neierobežots, īsā laikā būs iespējams izveidot patvaļīgu skaitu šādu iekārtu. Šīs mašīnas varēs montēt makro lietas tādā pašā veidā, ar atomu montāžu. Tas padarīs lietas daudz lētākas – šādiem robotiem (nanorobotiem) vajadzēs dot tikai nepieciešamo molekulu skaitu un enerģiju, un uzrakstīt programmu nepieciešamo priekšmetu salikšanai. Pagaidām šo iespēju neviens nav spējis atspēkot, taču arī šādus mehānismus nevienam vēl nav izdevies izveidot. Šīs iespējas teorētiskās izpētes laikā radās hipotētiski pastardienas scenāriji, kuros tiek pieņemts, ka nanoroboti absorbēs visu Zemes biomasu, īstenojot savu pašvairošanās programmu (tā saukto “pelēko strūklu” jeb “pelēko putru”).

Pirmie pieņēmumi par iespēju pētīt objektus atomu līmenī ir atrodami Īzaka Ņūtona grāmatā “Optika”, kas izdota 1704. gadā. Grāmatā Ņūtons pauž cerību, ka nākotnes mikroskopi kādu dienu spēs izpētīt "ķermeņu noslēpumus".

Terminu “nanotehnoloģija” pirmo reizi izmantoja Norio Taniguči 1974. gadā. Viņš izmantoja šo terminu, lai aprakstītu vairāku nanometru lielu produktu ražošanu. Astoņdesmitajos gados šo terminu izmantoja Ēriks K. Drekslers savās grāmatās Engines of Creation: The Coming Era of Nanotechnology and Nanosystems: Molecular Machinery, Manufacturing, and Computation.

Ko var darīt nanotehnoloģijas?

Šeit ir tikai dažas no jomām, kurās nanotehnoloģijas sola sasniegumus:

Medicīna

Nanosensori nodrošinās progresu slimību agrīnā diagnostikā. Tas palielinās jūsu izredzes atgūties. Mēs varam uzvarēt vēzi un citas slimības. Vecās vēža zāles iznīcināja ne tikai slimās šūnas, bet arī veselās. Ar nanotehnoloģiju palīdzību zāles tiks nogādātas tieši slimajā šūnā.

DNS nanotehnoloģija– izmantot specifiskas DNS bāzes un nukleīnskābju molekulas, lai uz to pamata izveidotu skaidri noteiktas struktūras. Zāļu molekulu un skaidri noteiktas formas farmakoloģisko preparātu (bispeptīdu) rūpnieciskā sintēze.

2000. gada sākumā, pateicoties nano izmēra daļiņu ražošanas tehnoloģijas straujajam progresam, tika dots stimuls jaunas nanotehnoloģijas jomas attīstībai - nanoplazmonika. Izrādījās, ka elektromagnētisko starojumu iespējams pārraidīt pa metāla nanodaļiņu ķēdi, izmantojot plazmona svārstību ierosmi.

Būvniecība

Ēku konstrukciju nanosensori uzraudzīs to izturību un atklās jebkādus draudus to integritātei. Objekti, kas būvēti, izmantojot nanotehnoloģiju, var kalpot piecas reizes ilgāk nekā mūsdienu struktūras. Mājas pielāgosies iedzīvotāju vajadzībām, vasarā uzturot tās vēsas, bet ziemā siltas.

Enerģija

Mēs būsim mazāk atkarīgi no naftas un gāzes. Mūsdienu saules paneļu efektivitāte ir aptuveni 20%. Izmantojot nanotehnoloģiju, tas var pieaugt 2-3 reizes. Plānas nanoplēves uz jumta un sienām var nodrošināt enerģiju visai mājai (ja, protams, ir pietiekami daudz saules).

Mehāniskā inženierija

Visas apjomīgās iekārtas tiks aizstātas ar robotiem – viegli vadāmām ierīcēm. Viņi spēs radīt jebkādus mehānismus atomu un molekulu līmenī. Mašīnu ražošanā tiks izmantoti jauni nanomateriāli, kas var samazināt berzi, aizsargāt detaļas no bojājumiem un ietaupīt enerģiju. Šīs nav visas jomas, kurās var (un tiks!) izmantot nanotehnoloģiju. Zinātnieki uzskata, ka nanotehnoloģiju parādīšanās ir sākums jaunai Zinātniski tehniskai revolūcijai, kas 21. gadsimtā ļoti izmainīs pasauli. Tomēr ir vērts atzīmēt, ka nanotehnoloģija ļoti ātri neienāk reālajā praksē. Daudzas ierīces (galvenokārt elektronika) nedarbojas "nano". Daļēji tas ir saistīts ar nanotehnoloģiju augsto cenu un ne pārāk augsto nanotehnoloģiju produktu atdevi.

Iespējams, jau tuvākajā nākotnē ar nanotehnoloģiju palīdzību tiks radītas augsto tehnoloģiju, mobilas, viegli vadāmas ierīces, kas veiksmīgi aizstās mūsdienu automatizēto, bet grūti vadāmo un smagnējo iekārtu. Piemēram, ar laiku datorvadāmie bioroboti spēs pildīt pašreizējo lielgabarīta sūkņu staciju funkcijas.

• DNS dators– skaitļošanas sistēma, kas izmanto DNS molekulu skaitļošanas iespējas. Biomolekulārā skaitļošana ir kopīgs nosaukums dažādām metodēm, kas vienā vai otrā veidā saistītas ar DNS vai RNS. DNS skaitļošanā dati tiek attēloti nevis nulles un vieninieku formā, bet gan molekulārās struktūras veidā, kas veidota uz DNS spirāles bāzes. Programmatūras lomu datu lasīšanai, kopēšanai un pārvaldībai veic īpaši fermenti.
• Atomu spēka mikroskops– augstas izšķirtspējas skenējošās zondes mikroskops, kura pamatā ir konsoles adatas (zondes) mijiedarbība ar pētāmā parauga virsmu. Atšķirībā no skenējošā tunelēšanas mikroskopa (STM), tas var pārbaudīt gan vadošas, gan nevadošas virsmas pat caur šķidruma slāni, kas ļauj strādāt ar organiskajām molekulām (DNS). Atomu spēka mikroskopa telpiskā izšķirtspēja ir atkarīga no konsoles izmēra un tā gala izliekuma. Izšķirtspēja sasniedz atomu horizontāli un ievērojami pārsniedz to vertikāli.
• Antena-oscilators– 2005. gada 9. februārī Bostonas Universitātes laboratorijā tika iegūta antena-oscilators, kura izmēri ir aptuveni 1 mikrons. Šai ierīcei ir 5000 miljoni atomu, un tā spēj svārstīties ar 1,49 gigahercu frekvenci, kas ļauj tai pārraidīt milzīgus informācijas apjomus.

10 nanotehnoloģijas ar pārsteidzošu potenciālu

Mēģiniet atcerēties kādu kanonisku izgudrojumu. Iespējams, kāds tagad iedomājās riteni, kāds lidmašīnu un kāds iPod. Cik daudzi no jums ir domājuši par pilnīgi jaunas paaudzes izgudrošanu – nanotehnoloģiju? Šī pasaule ir maz pētīta, taču tai ir neticams potenciāls, kas var sniegt mums patiesi fantastiskas lietas. Apbrīnojama lieta: nanotehnoloģiju joma nepastāvēja līdz 1975. gadam, lai gan zinātnieki sāka strādāt šajā jomā daudz agrāk.

Cilvēka neapbruņota acs spēj atpazīt objektus, kuru izmērs ir līdz 0,1 milimetram. Šodien mēs runāsim par desmit izgudrojumiem, kas ir 100 000 reižu mazāki.

Elektrību vadošs šķidrs metāls

Izmantojot elektrību, vienkāršu šķidru metālu sakausējumu no gallija, irīdija un alvas var izveidot, lai Petri trauciņā veidotu sarežģītas formas vai vēja apļus. Ar zināmu varbūtību var teikt, ka no šī materiāla tika izveidots slavenais T-1000 sērijas kiborgs, ko varējām redzēt Terminator 2.

"Mīkstais sakausējums uzvedas kā gudra forma, kas vajadzības gadījumā spēj deformēties, ņemot vērā mainīgo apkārtējo telpu, caur kuru tas pārvietojas. Tāpat kā to varētu darīt kiborgs no populāras zinātniskās fantastikas filmas,” saka Jin Li no Cinghua universitātes, viens no šajā projektā iesaistītajiem pētniekiem.

Šis metāls ir biomimētisks, kas nozīmē, ka tas imitē bioķīmiskās reakcijas, lai gan pats par sevi nav bioloģiska viela.

Šo metālu var kontrolēt ar elektrisko izlādi. Tomēr tas pats spēj pārvietoties neatkarīgi, jo rodas slodzes nelīdzsvarotība, ko rada spiediena atšķirība starp katra šī metāla sakausējuma piliena priekšpusi un aizmuguri. Un, lai gan zinātnieki uzskata, ka šis process var būt atslēga ķīmiskās enerģijas pārvēršanai mehāniskajā enerģijā, molekulārais materiāls drīzumā netiks izmantots ļaunu kiborgu celtniecībai. Viss “maģiskais” process var notikt tikai nātrija hidroksīda šķīdumā vai sāls šķīdumā.

Nanoplastikas

Pētnieki no Jorkas universitātes strādā pie īpašu plāksteru izstrādes, kas būs paredzēti visu nepieciešamo zāļu ievadīšanai organismā, neizmantojot adatas un šļirces. Plāksteri, kas ir diezgan normāla izmēra, tiek pielīmēti pie rokas un ievada noteiktu zāļu nanodaļiņu devu (pietiekami mazas, lai iekļūtu matu folikulās) jūsu ķermenī. Nanodaļiņas (katra ir mazāka par 20 nanometriem) pašas atradīs kaitīgās šūnas, iznīcinās tās un dabisko procesu rezultātā tiks izvadītas no organisma kopā ar citām šūnām.

Zinātnieki atzīmē, ka nākotnē šādus nanoplāksterus varētu izmantot cīņā pret vienu no briesmīgākajām slimībām uz Zemes – vēzi. Atšķirībā no ķīmijterapijas, kas šādos gadījumos bieži ir neatņemama ārstēšanas sastāvdaļa, nanoplāksteri spēs individuāli atrast un iznīcināt vēža šūnas, atstājot veselās šūnas neskartas. Nanopatch projektu sauc par NanJect. Tās izstrādi veic Atif Syed un Zakaria Hussain, kuri 2013. gadā, vēl būdami studenti, saņēma nepieciešamo sponsorēšanu pūļa piesaistes kampaņas ietvaros, lai piesaistītu līdzekļus.

Nanofiltrs ūdenim

Lietojot šo plēvi kopā ar smalku nerūsējošā tērauda sietu, eļļa tiek atgrūsta, atstājot ūdeni šajā vietā nevainojami tīru.

Interesanti, ka zinātniekus nanofilmas radīšanai iedvesmoja pati daba. Lotosa lapām, kas pazīstamas arī kā ūdensrozes, piemīt nanoplēvei pretējas īpašības: eļļas vietā tās atgrūž ūdeni. Šī nav pirmā reize, kad zinātnieki ir izspiegojuši šos apbrīnojamos augus to tikpat pārsteidzošo īpašību dēļ. Tā rezultātā, piemēram, 2003. gadā tika izveidoti superhidrofobiski materiāli. Runājot par nanoplēvi, pētnieki mēģina izveidot materiālu, kas imitē ūdensrozes virsmu un bagātina to ar īpaša tīrīšanas līdzekļa molekulām. Pats pārklājums cilvēka acij ir neredzams. Tā ražošana būs lēta: apmēram USD 1 par kvadrātpēdu.

Gaisa attīrītājs zemūdenēm

Maz ticams, ka kāds domāja par to, kāda veida zemūdenes apkalpēm ir jāelpo, izņemot pašus apkalpes locekļus. Tikmēr gaisa attīrīšana no ogļskābās gāzes jāveic nekavējoties, jo viena reisa laikā vienam un tam pašam gaisam simtiem reižu jāiziet cauri zemūdenes vieglajām apkalpēm. Lai attīrītu gaisu no oglekļa dioksīda, tiek izmantoti amīni, kuriem ir ļoti nepatīkama smaka. Lai risinātu šo problēmu, tika izveidota attīrīšanas tehnoloģija ar nosaukumu SAMMS (akronīms no pašsamontētiem monoslāņiem uz mezoporu balstiem). Viņa ierosina izmantot īpašas nanodaļiņas, kas ievietotas keramikas granulās. Vielai ir poraina struktūra, kuras dēļ tā absorbē lieko oglekļa dioksīdu. Dažādi SAMMS attīrīšanas veidi mijiedarbojas ar dažādām molekulām gaisā, ūdenī un augsnē, taču visas šīs attīrīšanas iespējas ir neticami efektīvas. Ar vienu ēdamkaroti šo poraino keramikas granulu pietiek, lai notīrītu laukumu, kas vienāds ar vienu futbola laukumu.

Nanovadītāji

Ziemeļrietumu universitātes (ASV) pētnieki ir izdomājuši, kā izveidot elektrisko vadītāju nanomērogā. Šis vadītājs ir cieta un izturīga nanodaļiņa, ko var konfigurēt, lai pārraidītu elektrisko strāvu dažādos pretējos virzienos. Pētījums parāda, ka katra šāda nanodaļiņa spēj atdarināt "taisngriežu, slēdžu un diožu darbību". Katra 5 nanometrus bieza daļiņa ir pārklāta ar pozitīvi lādētu ķīmisku vielu, un to ieskauj negatīvi lādēti atomi. Izmantojot elektrisko izlādi, tiek pārkonfigurēti negatīvi lādētie atomi ap nanodaļiņām.

Tehnoloģijas potenciāls, kā ziņo zinātnieki, ir bezprecedenta. Pamatojoties uz to, ir iespējams izveidot materiālus, "kas spēj patstāvīgi mainīties, lai tie atbilstu konkrētiem datora skaitļošanas uzdevumiem". Šī nanomateriāla izmantošana faktiski "pārprogrammēs" nākotnes elektroniku. Aparatūras jaunināšana būs tikpat vienkārša kā programmatūras jaunināšana.

Nanotech lādētājs

Kad šī lieta ir izveidota, jums vairs nebūs jāizmanto vadu lādētāji. Jaunā nanotehnoloģija darbojas kā sūklis, taču tā neuzsūc šķidrumu. Tas iesūc kinētisko enerģiju no vides un novirza to tieši viedtālrunī. Tehnoloģijas pamatā ir pjezoelektriskā materiāla izmantošana, kas ģenerē elektroenerģiju, atrodoties mehāniskā spriedzē. Materiāls ir apveltīts ar nanoskopiskām porām, kas to pārvērš elastīgā sūklī.

Šīs ierīces oficiālais nosaukums ir "nanoģenerators". Šādi nanoģeneratori kādu dienu varētu kļūt par daļu no katra planētas viedtālruņa vai katras automašīnas informācijas paneļa un, iespējams, par daļu no katras apģērba kabatas - sīkrīki tiks uzlādēti tieši tajā. Turklāt tehnoloģiju ir iespējams izmantot plašākā mērogā, piemēram, rūpnieciskajās iekārtās. Vismaz tā domā Viskonsinas-Medisonas universitātes pētnieki, kuri radīja šo apbrīnojamo nanosūkli.

Mākslīgā tīklene

Izraēlas uzņēmums Nano Retina izstrādā saskarni, kas tieši savienosies ar acs neironiem un pārraidīs neironu modelēšanas rezultātu uz smadzenēm, nomainot tīkleni un atjaunojot cilvēkiem redzi.

Eksperiments ar aklu vistu parādīja cerību uz projekta panākumiem. Nanofilma ļāva vistai redzēt gaismu. Tiesa, mākslīgās tīklenes izstrādes pēdējais posms, lai atjaunotu cilvēku redzi, vēl ir tālu, taču progress šajā virzienā nevar vien priecāties. Nano Retina nav vienīgais uzņēmums, kas nodarbojas ar šādām izstrādnēm, taču tieši viņu tehnoloģija šobrīd šķiet daudzsološākā, efektīvākā un adaptīvākā. Pēdējais punkts ir vissvarīgākais, jo mēs runājam par produktu, kas tiks integrēts kāda cilvēka acīs. Līdzīgi notikumi ir parādījuši, ka cietie materiāli nav piemēroti šādiem mērķiem.

Tā kā tehnoloģija tiek izstrādāta nanotehnoloģiskā līmenī, tā novērš metāla un stiepļu izmantošanu, kā arī ļauj izvairīties no imitētā attēla zemās izšķirtspējas.

Kvēlojošs apģērbs

Šanhajas zinātnieki ir izstrādājuši atstarojošus pavedienus, ko var izmantot apģērbu ražošanā. Katra pavediena pamatā ir ļoti plāna nerūsējošā tērauda stieple, kas ir pārklāta ar īpašām nanodaļiņām, elektroluminiscējoša polimēra slāni un caurspīdīgu nanocauruļu aizsargapvalku. Rezultāts ir ļoti viegli un elastīgi pavedieni, kas var spīdēt savas elektroķīmiskās enerģijas ietekmē. Tajā pašā laikā tie darbojas ar daudz mazāku jaudu, salīdzinot ar parastajiem LED.

Tehnoloģijas trūkums ir tāds, ka diegu “gaismas rezerves” joprojām pietiek tikai dažām stundām. Taču materiāla izstrādātāji optimistiski tic, ka izdosies sava produkta “resursu” palielināt vismaz tūkstoš reižu. Pat ja tas izdodas, vēl viena trūkuma risinājums paliek apšaubāms. Uz šādu nanopavedienu pamata drēbes izmazgāt, visticamāk, nebūs iespējams.

Nanoadatas iekšējo orgānu atjaunošanai

Nanoplāksteri, par kuriem mēs runājām iepriekš, ir īpaši izstrādāti adatu nomaiņai. Ko darīt, ja pašas adatas būtu tikai dažus nanometrus lielas? Ja tā, viņi varētu mainīt mūsu izpratni par operāciju vai vismaz būtiski uzlabot to.

Pavisam nesen zinātnieki veica veiksmīgus laboratoriskos testus ar pelēm. Izmantojot sīkas adatas, pētnieki varēja ievadīt nukleīnskābes grauzēju ķermeņos, veicinot orgānu un nervu šūnu atjaunošanos un tādējādi atjaunojot zaudēto veiktspēju. Kad adatas pilda savu funkciju, tās paliek ķermenī un pēc dažām dienām tajā pilnībā sadalās. Tajā pašā laikā, veicot grauzēju muguras muskuļu asinsvadu atjaunošanas operācijas, izmantojot šīs īpašās nanoadatas, zinātnieki nekonstatēja nekādas blakusparādības.

Ja ņem vērā cilvēku gadījumus, ar šādām nanoadatām var ievadīt cilvēka organismā nepieciešamos medikamentus, piemēram, orgānu transplantācijā. Īpašas vielas sagatavos apkārtējos audus ap transplantēto orgānu ātrai atveseļošanai un novērsīs atgrūšanas iespēju.

3D ķīmiskā druka

Ilinoisas Universitātes ķīmiķis Mārtins Bērks ir ķīmijas Villijs Vonka. Izmantojot “būvmateriālu” molekulu kolekciju dažādiem mērķiem, viņš var radīt milzīgu skaitu dažādu ķīmisku vielu, kas apveltītas ar visdažādākajām “apbrīnojamām un tajā pašā laikā dabīgām īpašībām”. Piemēram, viena no šādām vielām ir ratanīns, ko var atrast tikai ļoti retā Peru ziedā.

Vielu sintezēšanas potenciāls ir tik milzīgs, ka tas ļaus ražot molekulas, ko izmanto medicīnā, LED diožu, saules bateriju elementu un to ķīmisko elementu izveidē, kuru sintezēšanai pat labākajiem planētas ķīmiķiem bija vajadzīgi gadi.

Pašreizējā 3D ķīmiskā printera prototipa iespējas joprojām ir ierobežotas. Viņš spēj radīt tikai jaunas zāles. Tomēr Bērks cer, ka kādu dienu viņam izdosies izveidot savas apbrīnojamās ierīces patērētāju versiju, kurai būs daudz lielākas iespējas. Pilnīgi iespējams, ka nākotnē šādi printeri darbosies kā sava veida mājas farmaceiti.

Vai nanotehnoloģijas apdraud cilvēku veselību vai vidi?

Nav daudz informācijas par nanodaļiņu negatīvo ietekmi. 2003. gadā viens pētījums parādīja, ka oglekļa nanocaurules var sabojāt peļu un žurku plaušas. 2004. gadā veikts pētījums atklāja, ka fullerēni zivīm var uzkrāties un izraisīt smadzeņu bojājumus. Bet abos pētījumos tika izmantots liels vielas daudzums neparastos apstākļos. Pēc viena no ekspertiem, ķīmiķes Kristena Kulinovska (ASV) teiktā, "būtu ieteicams ierobežot šo nanodaļiņu iedarbību, neskatoties uz to, ka pašlaik nav informācijas par to apdraudējumu cilvēku veselībai."

Daži komentētāji arī ir norādījuši, ka nanotehnoloģiju plaša izmantošana var radīt sociālus un ētiskus riskus. Tā, piemēram, ja nanotehnoloģiju izmantošana aizsāk jaunu rūpniecisko revolūciju, tas novedīs pie darbavietu zaudēšanas. Turklāt nanotehnoloģijas var mainīt cilvēka jēdzienu, jo tās izmantošana palīdzēs paildzināt dzīvi un ievērojami palielināt ķermeņa izturību. "Neviens nevar noliegt, ka mobilo tālruņu un interneta plašā ieviešana ir radījusi milzīgas pārmaiņas sabiedrībā," saka Kristena Kuļinovska. "Kurš gan uzdrošināsies teikt, ka nanotehnoloģija tuvākajos gados neatstās lielāku ietekmi uz sabiedrību?"

Krievijas vieta starp valstīm, kas izstrādā un ražo nanotehnoloģijas

Pasaules līderi kopējo investīciju ziņā nanotehnoloģijās ir ES valstis, Japāna un ASV. Pēdējā laikā Krievija, Ķīna, Brazīlija un Indija ir ievērojami palielinājušas investīcijas šajā nozarē. Krievijā programmas “Nanoindustrijas infrastruktūras attīstība Krievijas Federācijā 2008.–2010. gadam” finansējuma apjoms būs 27,7 miljardi rubļu.

Londonā bāzētās pētījumu firmas Cientifica jaunākajā (2008. gada) ziņojumā, ko sauc par Nanotechnology Outlook Report, Krievijas investīcijas ir aprakstītas burtiski šādi: “Lai gan ES joprojām ieņem pirmo vietu investīciju ziņā, Ķīna un Krievija jau ir apsteigušas ASV. ”

Nanotehnoloģijā ir jomas, kurās Krievijas zinātnieki kļuva par pirmajiem pasaulē, iegūstot rezultātus, kas lika pamatu jaunu zinātnes virzienu attīstībai.

To vidū ir ultradisperso nanomateriālu ražošana, viena elektrona ierīču projektēšana, kā arī darbs atomspēka un skenējošās zondes mikroskopijas jomā. Tikai īpašā izstādē, kas notika XII Sanktpēterburgas ekonomikas foruma (2008) ietvaros, vienlaikus tika prezentētas 80 konkrētas norises. Krievija jau ražo vairākus nanoproduktus, kas ir pieprasīti tirgū: nanomembrānas, nanopulverus, nanocaurules. Taču, pēc ekspertu domām, nanotehnoloģiju izstrādņu komercializēšanā Krievija par desmit gadiem atpaliek no ASV un citām attīstītajām valstīm.

Nanotehnoloģijas mākslā

Vairāki amerikāņu mākslinieces Natašas Vitas Moras darbi attiecas uz nanotehnoloģiju tēmām.

Mūsdienu mākslā ir izveidojies jauns virziens: "nanomāksla" (nanomāksla) - mākslas veids, kas saistīts ar mākslinieka mikro un nano izmēra (attiecīgi 10 -6 un 10 -9 m) skulptūru (kompozīciju) veidošanu. materiālu apstrādes ķīmisko vai fizikālo procesu ietekmē, iegūto nanoattēlu fotografēšana ar elektronu mikroskopu un melnbalto fotogrāfiju apstrāde grafiskajā redaktorā.

Krievu rakstnieka N. Ļeskova pazīstamajā darbā “Kreisais” (1881) ir interesants fragments: “Ja,” viņš saka, “būtu labāks mikroskops, kas palielina piecus miljonus, tad tu cienītu” viņš saka: "lai redzētu, ka uz katra pakava ir redzams amatnieka vārds: kurš krievu meistars izgatavojis šo pakavu." 5 000 000 reižu palielinājumu nodrošina mūsdienu elektronu un atomu spēka mikroskopi, kas tiek uzskatīti par galvenajiem nanotehnoloģiju instrumentiem. Tādējādi literāro varoni Leftiju var uzskatīt par pirmo “nanotehnologu” vēsturē.

Feinmena 1959. gada lekcijā “There's a Lot of Room Down There” izklāstītās idejas par nanomanipulatoru izveidi un izmantošanu gandrīz tekstuāli sakrīt ar slavenā padomju rakstnieka Borisa Žitkova zinātniskās fantastikas stāstu “Mikrorukki”, kas publicēts 1931. gadā. Dažas nanotehnoloģiju nekontrolētas attīstības negatīvās sekas ir aprakstītas M. Crichton (“Swarm”), S. Lem (“Pārbaude uz vietas” un “Miers uz Zemes”), S. Lukjaņenko (“Nekas, lai Sadalīt”).

Ju romāna “Transmens” galvenā varone ir nanotehnoloģiju korporācijas vadītāja un pirmā persona, kas piedzīvojusi medicīnisko nanorobotu iedarbību.

Zinātniskās fantastikas seriālos Stargate SG-1 un Stargate Atlantis dažas no tehnoloģiski progresīvākajām sacīkstēm ir divas "replikatoru" sacīkstes, kas radušās neveiksmīgu eksperimentu rezultātā, izmantojot un aprakstot dažādus nanotehnoloģiju pielietojumus. Filmā The Day the Earth Stood Still, kurā galvenajā lomā ir Keanu Reeves, citplanētiešu civilizācija piespriež cilvēcei nāvi un gandrīz iznīcina visu uz planētas, izmantojot pašizveidojošus nanoreplicējošus kukaiņus, kas aprij visu, kas ir viņu ceļā.

Y. SVIDINENKO, inženieris-fiziķis

Nanostruktūras aizstās tradicionālos tranzistorus.

Kompaktā izglītojošā nanotehnoloģiskā instalācija "UMKA" ļauj manipulēt ar atsevišķām atomu grupām.

Izmantojot "UMKA" instalāciju, ir iespējams izpētīt DVD virsmu.

Jau izdota mācību grāmata topošajiem nanotehnologiem.

Nanotehnoloģijas, kas parādījās divdesmitā gadsimta pēdējā ceturksnī, strauji attīstās. Gandrīz katru mēnesi nāk ziņas par jauniem projektiem, kas vēl pirms gada vai diviem šķita kā absolūta fantāzija. Saskaņā ar definīciju, ko sniedz šīs jomas pionieris Ēriks Drekslers, nanotehnoloģija ir "paredzama ražošanas tehnoloģija, kas vērsta uz zemu izmaksu ierīču un vielu ar iepriekš noteiktu atomu struktūru ražošanu". Tas nozīmē, ka tas darbojas uz atsevišķiem atomiem, lai iegūtu struktūras ar atomu precizitāti. Šī ir galvenā atšķirība starp nanotehnoloģiju un modernajām “volumetriskām” lielapjoma tehnoloģijām, kas manipulē ar makroobjektiem.

Atgādināsim lasītājam, ka nano ir prefikss, kas apzīmē 10 -9. Uz viena nanometra gara segmenta var atrasties astoņi skābekļa atomi.

Nanoobjektiem (piemēram, metāla nanodaļiņām) parasti ir fizikālās un ķīmiskās īpašības, kas atšķiras no tā paša materiāla lielākiem objektiem un atsevišķu atomu īpašībām. Teiksim, 5–10 nm lielu zelta daļiņu kušanas temperatūra ir par simtiem grādu zemāka nekā zelta gabala kušanas temperatūra ar tilpumu 1 cm 3.

Pētījumi, kas veikti nanomēroga diapazonā, atrodas zinātņu krustpunktā, bieži vien pētījumi materiālzinātnes jomā skar biotehnoloģijas, cietvielu fizikas un elektronikas jomas.

Pasaulē vadošais nanomedicīnas jomas eksperts Roberts Freitass sacīja: “Nākotnes nanomašīnām jāsastāv no miljardiem atomu, tāpēc to projektēšana un uzbūve prasīs speciālistu komandas pūles Katrai nanorobota konstrukcijai būs vajadzīgas vairāku cilvēku kopīgas pūles pētnieku komandas. Boeing 777 lidmašīnu projektēja un uzbūvēja daudzas komandas visā pasaulē.

NANOPRODUKTI MUMS

Nanopasaule ir sarežģīta un joprojām salīdzinoši maz pētīta, tomēr tā nav tik tālu no mums, kā šķita pirms dažiem gadiem. Lielākā daļa no mums regulāri izmanto vienus vai citus nanotehnoloģiju sasniegumus, paši to nezinot. Piemēram, mūsdienu mikroelektronika vairs nav mikro, bet gan nano: mūsdienās ražotie tranzistori - visu mikroshēmu pamatā - atrodas diapazonā līdz 90 nm. Un jau tiek plānota elektronisko komponentu tālāka miniaturizācija līdz 60, 45 un 30 nm.

Turklāt, kā nesen paziņoja kompānijas Hewlett-Packard pārstāvji, tranzistori, kas ražoti pēc tradicionālās tehnoloģijas, tiks aizstāti ar nanostruktūrām. Viens no šādiem elementiem ir trīs vadītāji, kuru platums ir vairāki nanometri: divi no tiem ir paralēli, bet trešais atrodas taisnā leņķī pret tiem. Vadītāji nesaskaras, bet iet kā tilti viens virs otra. Šajā gadījumā molekulārās ķēdes, kas veidojas no nanovadītāju materiāla uz tām pieliktā sprieguma ietekmē, nolaižas no augšējiem vadītājiem uz apakšējiem. Izmantojot šo tehnoloģiju, izveidotās shēmas jau ir pierādījušas spēju uzglabāt datus un veikt loģiskas darbības, tas ir, nomainīt tranzistorus.

Izmantojot jauno tehnoloģiju, mikroshēmu detaļu izmēri ievērojami samazināsies zem 10-15 nanometru līmeņa, līdz tādam mērogam, kurā tradicionālie pusvadītāju tranzistori vienkārši fiziski nevar darboties. Iespējams, jau nākamās desmitgades pirmajā pusē parādīsies sērijveida mikroshēmas (joprojām tradicionālās, silīcija), kurās tiks iebūvēts noteikts skaits nanoelementu, kas izveidoti, izmantojot jaunas tehnoloģijas.

2004. gadā Kodak izlaida papīru Ultima tintes printeriem. Tam ir deviņi slāņi. Augšējais slānis sastāv no keramikas nanodaļiņām, kas padara papīru blīvāku un spīdīgāku. Iekšējie slāņi satur pigmenta nanodaļiņas ar izmēru 10 nm, kas uzlabo drukas kvalitāti. Un ātru krāsas fiksāciju veicina pārklājuma sastāvā iekļautās polimēru nanodaļiņas.

ASV Nanotehnoloģiju institūta direktors Čads Mirkins uzskata, ka “nanotehnoloģijas no jauna atjaunos visus materiālus, kas iegūti, izmantojot molekulāro ražošanu, jo līdz šim cilvēcei nav bijusi iespēja izstrādāt un ražot nanostruktūras izmanto tikai to rūpniecībā "Ko mums dod daba. Mēs izgatavojam dēļus no kokiem, bet stiepli no vadoša metāla. Nanotehnoloģiskā pieeja ir tāda, ka mēs pārstrādāsim gandrīz jebkuru dabas resursu tā saucamajos "būvblokos", kas būs nākotnes pamats. nozare."

Tagad mēs jau redzam nanorevolūcijas sākumu: tās ir jaunas datoru mikroshēmas, un jauni audumi, kas nekrāsojas, un nanodaļiņu izmantošana medicīniskajā diagnostikā (sk. arī “Zinātne un dzīve” Nr., , 2005). Pat kosmētikas rūpniecība interesējas par nanomateriāliem. Viņi var radīt daudz jaunu nestandarta virzienu kosmētikā, kas agrāk nepastāvēja.

Nanomēroga diapazonā gandrīz jebkuram materiālam ir unikālas īpašības. Piemēram, ir zināms, ka sudraba joniem piemīt antiseptiska iedarbība. Sudraba nanodaļiņu šķīdumam ir ievērojami lielāka aktivitāte. Ja ar šo šķīdumu apstrādāsiet pārsēju un uzliksiet ar to strutojošu brūci, iekaisums izzudīs un brūce sadzīs ātrāk nekā lietojot parastos antiseptiskos līdzekļus.

Iekšzemes koncerns Nanoindustry ir izstrādājis tehnoloģiju sudraba nanodaļiņu ražošanai, kas ir stabilas šķīdumos un adsorbētā stāvoklī. Iegūtajām zālēm ir plašs pretmikrobu iedarbības spektrs. Tādējādi radās iespēja izveidot veselu produktu klāstu ar pretmikrobu īpašībām ar nelielām izmaiņām tehnoloģiskajā procesā, ko veica esošo produktu ražotāji.

Sudraba nanodaļiņas var izmantot, lai modificētu tradicionālos un radītu jaunus materiālus, pārklājumus, dezinfekcijas un mazgāšanas līdzekļus (tostarp zobu pastas un tīrīšanas pastas, veļas pulverus, ziepes) un kosmētiku. Ar sudraba nanodaļiņām modificētos pārklājumus un materiālus (kompozītu, tekstila, krāsas un lakas, oglekli un citus) kā profilaktisko pretmikrobu aizsardzību var izmantot vietās, kur palielinās infekciju izplatīšanās risks: transportā, sabiedriskās ēdināšanas iestādēs, lauksaimniecības un lopkopības ēkās, bērnu, sporta un medicīnas iestādēs. Sudraba nanodaļiņas var izmantot, lai attīrītu ūdeni un iznīcinātu patogēnus gaisa kondicionēšanas sistēmu filtros, peldbaseinos, dušās un citās līdzīgās sabiedriskās vietās.

Līdzīgi produkti tiek ražoti ārzemēs. Viens uzņēmums ražo pārklājumus ar sudraba nanodaļiņām hronisku iekaisumu un vaļēju brūču ārstēšanai.

Cits nanomateriālu veids ir oglekļa nanocaurules, kurām ir milzīgs stiprums (sk. “Zinātne un dzīve” Nr. 5, 2002; Nr. 6, 2003). Tās ir savdabīgas cilindriskas polimēru molekulas, kuru diametrs ir aptuveni pusnanometrs un garums līdz vairākiem mikrometriem. Tie pirmo reizi tika atklāti mazāk nekā pirms 10 gadiem kā fullerēna C60 sintēzes blakusprodukti. Neskatoties uz to, jau tiek radītas nanometru izmēra elektroniskās ierīces, kuru pamatā ir oglekļa nanocaurules. Paredzams, ka pārskatāmā nākotnē tie aizstās daudzus elementus dažādu ierīču, tostarp mūsdienu datoru, elektroniskajās shēmās.

Tomēr nanocaurules izmanto ne tikai elektronikā. Jau tagad ir tirdzniecībā pieejamas tenisa raketes, kas ir pastiprinātas ar oglekļa nanocaurulēm, lai ierobežotu griešanos un nodrošinātu lielāku sitienu jaudu. Tos izmanto arī atsevišķās sporta velosipēdu daļās.

KRIEVIJA NANOTEHNOLOĢIJAS TIRGŪ

Pašmāju uzņēmums Nanotechnology News Network nesen Krievijā prezentēja vēl vienu jaunu produktu - pašattīrošos nanopārklājumus. Pietiek apsmidzināt auto stiklu ar speciālu silīcija dioksīda nanodaļiņas saturošu šķīdumu, un netīrumi un ūdens tam nepielīps 50 000 km. Uz stikla paliek caurspīdīga ultraplāna kārtiņa, uz kuras vienkārši nav pie kā pielipt ūdenim, un tas noripo kopā ar netīrumiem. Pirmkārt, par jauno produktu sāka interesēties debesskrāpju īpašnieki - šo ēku fasāžu mazgāšanai tiek tērēta milzīga naudas summa. Ir šādas kompozīcijas keramikas, akmens, koka un pat apģērbu pārklāšanai.

Jāteic, ka dažas Krievijas organizācijas jau veiksmīgi darbojas starptautiskajā nanotehnoloģiju tirgū.

Piemēram, Nanoindustry koncerna portfelī ir vairāki nanotehnoloģiju produkti, kas izmantojami dažādās rūpniecības jomās. Tās ir reducējošā sastāva "RVS" un sudraba nanodaļiņas biotehnoloģijas un medicīnas vajadzībām, industriālā nanotehnoloģiskā instalācija "LUCH-1,2" un izglītojošā nanotehnoloģiskā instalācija "UMKA".

“RVS” sastāvs, kas spēj aizsargāt pret nodilumu un atjaunot gandrīz jebkuras berzes metāla virsmas, ir sagatavots uz adaptīvo nanodaļiņu bāzes. Šis produkts ļauj izveidot modificētu augsta oglekļa satura dzelzs silikāta aizsargslāni ar biezumu 0,1-1,5 mm metāla virsmu intensīvas berzes zonās (piemēram, berzes pāros iekšdedzes dzinējos). Ielejot šādu sastāvu eļļas karterī, jūs varat aizmirst par dzinēja nodiluma problēmu uz ilgu laiku. Darbības laikā mehāniskās detaļas uzkarst no berzes, šī karsēšana liek metāla nanodaļiņām pielipt bojātajām vietām. Pārmērīga augšana izraisa spēcīgāku karsēšanu, un nanodaļiņas zaudē spēju piesaistīties. Tādējādi berzes vienībā tiek pastāvīgi uzturēts līdzsvars, un detaļas praktiski nenolietojas.

Īpaši interesants ir nanotehnoloģisko iekārtu komplekss UMKA, kas paredzēts demonstrējumu, pētniecības un laboratorijas darbu veikšanai atommolekulārā līmenī fizikas, ķīmijas, bioloģijas, medicīnas, ģenētikas un citu fundamentālo un lietišķo zinātņu jomā. Piemēram, tas nesen attēloja DVD virsmu ar 0,3 mikronu izšķirtspēju, un tas nav ierobežojums. Unikālā tehnoloģija darbam ar pikoampēru strāvām ļauj skenēt pat vāji vadošus bioloģiskos paraugus bez iepriekšējas metāla nogulsnēšanas (parasti ir nepieciešams, lai parauga augšējais slānis būtu vadošs). "UMKA" ir augsta temperatūras stabilitāte, kas ļauj veikt ilgstošas ​​manipulācijas ar atsevišķām atomu grupām, un liels skenēšanas ātrums, kas ļauj novērot ātrus procesus.

UMKA kompleksa galvenā pielietojuma joma ir apmācība mūsdienu praktiskajās metodēs darbam ar nano izmēra konstrukcijām. UMKA kompleksā ietilpst: tuneļa mikroskops, vibrācijas aizsardzības sistēma, testa paraugu komplekts, palīgmateriālu un instrumentu komplekti. Ierīces ietilpst nelielā korpusā, darbojas istabas apstākļos un maksā nepilnus 8 tūkstošus dolāru. Jūs varat kontrolēt eksperimentus no parastā personālā datora.

2005. gada janvārī tika atvērts pirmais Krievijas interneta veikals, kas pārdod nanotehnoloģiju produktus. Veikala pastāvīgā adrese internetā ir www.nanobot.ru

DROŠĪBAS JAUTĀJUMI

Nesen tika atklāts, ka sfēriskas C60 molekulas, ko sauc par fullerēniem, var izraisīt nopietnas slimības un kaitēt videi. Pētnieki no Rīsas un Džordžijas universitātēm (ASV) konstatēja ūdenī šķīstošo fullerēnu toksicitāti, ja tie ir pakļauti divu dažādu veidu cilvēka šūnām.

Ķīmijas profesore Vikija Kolvina no Raisa universitātes un viņa kolēģi atklāja, ka, fullerēnus izšķīdinot ūdenī, veidojas C 60 koloīdi, kas, saskaroties ar cilvēka ādas šūnām un aknu karcinomas šūnām, izraisa to nāvi. Tajā pašā laikā fullerēnu koncentrācija ūdenī bija ļoti zema: ~ 20 C 60 molekulas uz 1 miljardu ūdens molekulu. Tajā pašā laikā pētnieki parādīja, ka molekulu toksicitāte ir atkarīga no to virsmas modifikācijas.

Pētnieki norāda, ka vienkāršu C60 fullerēnu toksicitāte ir saistīta ar to, ka to virsma spēj radīt superoksīda anjonus. Šie radikāļi bojā šūnu membrānas un izraisa šūnu nāvi.

Kolvins un viņa kolēģi paziņoja, ka šo fullerēnu negatīvo īpašību var izmantot labam - vēža audzēju ārstēšanai. Ir tikai nepieciešams detalizēti noskaidrot skābekļa radikāļu veidošanās mehānismu. Acīmredzot uz fullerēnu bāzes būs iespējams izveidot superefektīvas antibakteriālas zāles.

Tajā pašā laikā fullerēnu izmantošanas briesmas patēriņa precēs zinātniekiem šķiet diezgan reālas.

Acīmredzot tieši tāpēc Amerikas Pārtikas un zāļu drošības komisija (FDA) nesen paziņoja par nepieciešamību licencēt un regulēt plašu produktu klāstu (pārtika, kosmētika, zāles, aprīkojums un veterinārās zāles), kas ražoti, izmantojot nanotehnoloģiju un izmantojot nanomateriālus un nanostruktūras.

NANOTEHNOLOĢIJĀM NEPIECIEŠAMS VALDĪBAS ATBALSTS

Diemžēl Krievijā joprojām nav valsts programmas nanotehnoloģiju attīstībai. (2005. gadā ASV nanotehnoloģiju programmai, starp citu, apritēja pieci gadi.) Bez šaubām, centralizētas valdības programmas esamība nanotehnoloģiju attīstībai ļoti palīdzētu pētniecības rezultātu praktiskā ieviešanā. Diemžēl no ārzemju avotiem uzzinām, ka nanotehnoloģiju jomā valstī notiek veiksmīga attīstība. Piemēram, vasarā ASV Standartu institūts paziņoja par pasaulē mazākā atompulksteņa izveidi. Kā izrādījās, pie to izveides strādāja arī Krievijas komanda.

Krievijā nav valsts programmas, taču ir pētnieki un entuziasti: pēdējā gada laikā Jaunatnes zinātniskā biedrība (JSS) ir apvienojusi vairāk nekā 500 jaunos zinātniekus, maģistrantus un studentus, kuri domā par savas valsts nākotni. Detalizētai nanotehnoloģiju jautājumu izpētei 2004. gada februārī uz MNO bāzes tika izveidots analītiskais uzņēmums "Nanotechnology News Network (NNN)", kas uzrauga simtiem atvērto pasaules avotu šajā jomā un šobrīd ir apstrādājis vairāk nekā 4500 informācijas ziņojumu. no ārzemju un Krievijas medijiem, rakstiem un preses relīzēm un ekspertu komentāriem. Tika izveidotas interneta vietnes www.mno.ru un www.nanonewsnet.ru, kuras apskatīja vairāk nekā 170 000 Krievijas un NVS valstu pilsoņu.

JAUNIEŠU PROJEKTU KONKURSS

2004. gada aprīlī kopā ar Nanoindustry koncernu ar Uniastrum Bank atbalstu tika veiksmīgi aizvadīts pirmais Viskrievijas jauniešu projektu konkurss pašmāju molekulāro nanotehnoloģiju radīšanai, kas izraisīja lielu Krievijas zinātnieku interesi.

Konkursa uzvarētāji prezentēja izcilus sasniegumus: pirmo vietu ieguva jauno zinātnieku komanda no Krievijas Ķīmiskās tehnoloģijas universitātes. D.I. Mendeļejevs ķīmijas zinātņu kandidātes Gaļinas Popovas vadībā, kurš radīja biomimētiskos (biomimētikas - dabā esošo struktūru imitācijas) materiālus optiskajiem nanosensoriem, molekulārajai elektronikai un biomedicīnai. Otrajā vietā ierindojās Taškentas Valsts pedagoģiskās universitātes aspirants. Nizami Marina Fomina, kas izstrādāja sistēmu mērķtiecīgai zāļu piegādei slimiem audiem, un trešais ir skolnieks no Tomskas Aleksejs Khasanovs, nanokeramikas materiālu ar unikālām īpašībām radīšanas tehnoloģijas autors. Uzvarētāji saņēma vērtīgas balvas.

Ar bankas atbalstu ir izstrādāta un izdošanai tiek gatavota populārzinātniska mācību grāmata “Nanotehnoloģijas ikvienam”, kas izpelnījusies augstu vadošo zinātnieku atzinību.

Uzņēmums NNN, kas gada laikā kļuva par vadošo analītisko aģentūru nanotehnoloģiju jomā, 2004. gada decembrī paziņoja par Otrā Viskrievijas jaunatnes projektu konkursa sākumu, kura ģenerālsponsors atkal bija Uniastrum Bank, priecājoties par pirmo sacensību rezultātus. Turklāt šoreiz par sponsoru kļuva arī starptautisks nepārtrauktās barošanas avotu ražotājs Powercom. Žurnāls "Zinātne un Dzīve" aktīvi piedalās konkursa sagatavošanā un atspoguļošanā.

Konkursa mērķis ir piesaistīt talantīgus jauniešus nanotehnoloģiju attīstībai savā valstī, nevis ārzemēs.

Konkursa uzvarētājs balvā saņems nanotehnoloģiju laboratoriju "UMKA". Otrās un trešās vietas ieguvēji tiks apbalvoti ar moderniem portatīvajiem datoriem; Labākie dalībnieki saņems žurnāla Zinātne un Dzīve bezmaksas abonementu. Balvās ietilpst transportlīdzekļu remonta un restaurācijas komplekti uz nanodaļiņu bāzes, žurnāla Universum abonements un ikmēneša kompaktdiski "Nanotehnoloģiju pasaule".

Projektu fokuss ir ārkārtīgi daudzveidīgs: no perspektīviem nanomateriāliem automobiļu un aviācijas nozarēm līdz implantiem un neirotehnoloģiskām saskarnēm. Detalizēti konkursa materiāli ir mājaslapā www.nanonewsnet.ru.

2004. gada decembrī Fryazino pilsētā (Maskavas apgabals) notika pirmā konference, kas bija veltīta nanotehnoloģiju rūpnieciskai izmantošanai, kurā zinātnieki prezentēja desmitiem izstrādņu, kas bija gatavi ieviešanai ražošanā. To vidū ir jauni materiāli, kuru pamatā ir nanocaurules, īpaši spēcīgi pārklājumi, pretberzes savienojumi, vadoši polimēri elastīgai elektronikai, lieljaudas kondensatori utt.

Nanotehnoloģijas Krievijā uzņem apgriezienus. Tomēr, ja vien pētījumus nekoordinē valsts vai visaptveroša federāla programma, nekas, visticamāk, nemainīsies uz labo pusi. Jau izdota mācību grāmata topošajiem nanotehnologiem.