Αυτή η ανάρτηση είναι μια ενημέρωση κατάστασης για ένα από τα πιο ισχυρά εργαλεία που θα δημιουργήσει ποτέ η ανθρωπότητα: τη νανοτεχνολογία (ή νανοτεχνολογία).
Ο στόχος μου εδώ είναι να σας δώσω μια γρήγορη επισκόπηση των εργασιών που γίνονται σε εργαστήρια σε όλο τον κόσμο και τις πιθανές εφαρμογές που θα έχει αυτό το έργο νανοτεχνολογίας στην υγεία, την ενέργεια, το περιβάλλον, την επιστήμη των υλικών, την αποθήκευση και την επεξεργασία δεδομένων.
Καθώς η τεχνητή νοημοσύνη έχει τραβήξει πολύ την προσοχή τελευταία, πιστεύω ότι πολύ σύντομα θα αρχίσουμε να βλέπουμε και να ακούμε για απίστευτες ανακαλύψεις στον κόσμο της νανοτεχνολογίας.
Προέλευση της Νανοτεχνολογίας
Οι περισσότεροι ιστορικοί αποδίδουν την έννοια της νανοτεχνολογίας στον φυσικό Ρίτσαρντ Φάινμαν και στην ομιλία του το 1959, «Υπάρχει άφθονο χώρο στον πάτο».
Στην ομιλία του, ο Feynman φαντάστηκε μια μέρα κατά την οποία οι μηχανές θα μπορούσαν να μικροποιηθούν και τεράστιες ποσότητες πληροφοριών θα μπορούσαν να κωδικοποιηθούν σε μικροσκοπικούς χώρους, ανοίγοντας το δρόμο για ανατρεπτικές τεχνολογικές εξελίξεις.
Αλλά ήταν το βιβλίο του K. Eric Drexler του 1986, Engines of Creation: The Coming Era of Nanotechnology, που πραγματικά έβαλε την ιδέα στον χάρτη.
Ο Drexler έθεσε την ιδέα των αυτοαναπαραγόμενων νανομηχανών: μηχανές που κατασκευάζουν άλλες μηχανές.
Επειδή αυτά τα μηχανήματα είναι επίσης προγραμματιζόμενα, μπορούν στη συνέχεια να κατευθυνθούν να δημιουργήσουν όχι μόνο περισσότερα από τον εαυτό τους, αλλά και περισσότερα από ό,τι άλλο θέλετε.
Και επειδή αυτό το κτίριο πραγματοποιείται σε ατομική κλίμακα, αυτά τα νανορομπότ μπορούν να διαλύσουν κάθε είδους υλικό (έδαφος, νερό, αέρας, όπως το πείτε), άτομο προς άτομο, και να κατασκευάσουν σχεδόν οτιδήποτε.
Ο Ντρέξλερ ζωγράφισε την εικόνα ενός κόσμου όπου ολόκληρη η Βιβλιοθήκη του Κογκρέσου μπορούσε να χωρέσει σε ένα τσιπ στο μέγεθος ενός κύβου ζάχαρης και όπου τα περιβαλλοντικά πλυντήρια θα μπορούσαν να καθαρίσουν τους ρύπους από τον αέρα.
Αλλά προτού εξερευνήσουμε τις δυνατότητες της νανοτεχνολογίας, ας αναλύσουμε τα βασικά.
Τι σημαίνει στην πραγματικότητα «Νανοτεχνολογία»;
Η νανοτεχνολογία είναι η επιστήμη, η μηχανική και η τεχνολογία που διεξάγονται σε νανοκλίμακα, η οποία είναι περίπου 1 έως 100 νανόμετρα.
Ουσιαστικά, χειρίζεται και ελέγχει υλικά σε ατομικό και μοριακό επίπεδο.
Για να σας δώσουμε προοπτική, δείτε πώς μπορείτε να απεικονίσετε ένα νανόμετρο:
- Η αναλογία της Γης προς το παιδικό μάρμαρο είναι περίπου η αναλογία ενός μέτρου προς ένα νανόμετρο.
- Είναι ένα εκατομμύριο φορές μικρότερο από το μήκος ενός μυρμηγκιού.
- Ένα φύλλο χαρτιού έχει πάχος περίπου 100.000 νανόμετρα.
- Ένα ερυθρό αιμοσφαίριο έχει διάμετρο περίπου 7.000-8.000 νανόμετρα.
- Ένας κλώνος DNA έχει διάμετρο 2,5 νανόμετρα.
Ένα νανορομπότ, λοιπόν, είναι μια μηχανή που μπορεί να κατασκευάσει και να χειριστεί τα πράγματα με ακρίβεια σε ατομικό επίπεδο. Φανταστείτε ένα ρομπότ που μπορεί να μαδάει, να διαλέγει και να τοποθετεί άτομα όπως ένα παιδί παίζει με τουβλάκια LEGO, ικανό να κατασκευάσει οτιδήποτε από βασικά ατομικά δομικά στοιχεία (C, N, H, O, P, Fe, Ni, και ούτω καθεξής). Μερικοί άνθρωποι απορρίπτουν το μέλλον των νανορομπότ ως επιστημονική φαντασία, θα πρέπει να συνειδητοποιήσετε ότι ο καθένας από εμάς είναι ζωντανός σήμερα λόγω των αμέτρητων νανορομπότ που λειτουργούν σε κάθε ένα από τα τρισεκατομμύρια κυψέλες μας. Τους δίνουμε βιολογικά ονόματα όπως «ριβόσωμα», αλλά ουσιαστικά είναι μηχανές προγραμματισμένες με μια λειτουργία όπως «ανάγνωση αγγελιοφόρου RNA για τη δημιουργία μιας συγκεκριμένης πρωτεΐνης».
Τούτου λεχθέντος, είναι σημαντικό να γίνει διάκριση μεταξύ "υγρής" ή "βιολογικής" νανοτεχνολογίας , η οποία χρησιμοποιεί βασικά το DNA και τον μηχανισμό της ζωής για να δημιουργήσει μοναδικές δομές από πρωτεΐνες ή DNA (ως δομικό υλικό) και μια πιο Drexlerian νανοτεχνολογία που περιλαμβάνει την κατασκευή ένας «συναρμολογητής» ή μια μηχανή που μπορεί να εκτυπώσει 3D με άτομα σε νανοκλίμακα και να δημιουργήσει αποτελεσματικά οποιαδήποτε δομή που είναι θερμοδυναμικά σταθερή.
Αυτός είναι ένας τομέας με τον οποίο με γοητεύει και με πάθος, και δεδομένου του πόσο ισχυρός είναι για το μέλλον μας, είναι κάτι που παρακολουθώ στενά.
Ας εξερευνήσουμε μερικούς από τους διαφορετικούς τύπους που αναπτύσσουν οι ερευνητές.
Διαφορετικοί τύποι νανορομπότ και εφαρμογές
Υπάρχουν πολλοί διαφορετικοί τύποι νανορομπότ — εδώ είναι μόνο μερικά.
- Ο μικρότερος κινητήρας που δημιουργήθηκε ποτέ : «Μια ομάδα φυσικών από το Πανεπιστήμιο του Μάιντς στη Γερμανία κατασκεύασε πρόσφατα τον μικρότερο κινητήρα που δημιουργήθηκε ποτέ από ένα μόνο άτομο. Όπως κάθε άλλος κινητήρας, μετατρέπει τη θερμική ενέργεια σε κίνηση — αλλά το κάνει σε μικρότερη κλίμακα από ποτέ. Το άτομο παγιδεύεται σε έναν κώνο ηλεκτρομαγνητικής ενέργειας και χρησιμοποιούνται λέιζερ για να το θερμάνουν και να το ψύχουν, κάτι που κάνει το άτομο να κινείται μπρος-πίσω στον κώνο σαν έμβολο κινητήρα». (Πηγή)
- Νανομηχανές τρισδιάστατης κίνησης από DNA: «Μηχανολόγοι μηχανικοί στο Πολιτειακό Πανεπιστήμιο του Οχάιο σχεδίασαν και κατασκεύασαν σύνθετα μηχανικά μέρη νανοκλίμακας χρησιμοποιώντας «οριγκάμι DNA» — αποδεικνύοντας ότι οι ίδιες βασικές αρχές σχεδιασμού που ισχύουν για τυπικά εξαρτήματα μηχανής πλήρους μεγέθους μπορούν τώρα να εφαρμοστούν και σε DNA — και μπορεί να παράγει πολύπλοκα, ελεγχόμενα συστατικά για μελλοντικά νανορομπότ. (Πηγή)
- Nanoswimmers: «Ερευνητές της ETH Zurich και της Technion ανέπτυξαν ένα ελαστικό νανοσύρμα πολυπυρρόλης «nanoswimmer» (Ppy) μήκους περίπου 15 μικρομέτρων (εκατομμυριοστά του μέτρου) και πάχους 200 νανομέτρων που μπορεί να κινηθεί μέσα σε περιβάλλοντα βιολογικών ρευστών με σχεδόν 15 μικρόμετρα ανά δευτερόλεπτο… The nanoswimmer θα μπορούσε να λειτουργήσει για την παροχή φαρμάκων και να ελεγχθεί μαγνητικά για να κολυμπήσει μέσω της κυκλοφορίας του αίματος για να στοχεύσει τα καρκινικά κύτταρα, για παράδειγμα». (Πηγή)
- Νανοκινητήρας σαν μυρμήγκι με δύναμη 100x ανά μονάδα βάρους: «Ερευνητές του Πανεπιστημίου του Κέμπριτζ ανέπτυξαν έναν μικροσκοπικό κινητήρα ικανό να ασκεί δύναμη ανά μονάδα βάρους σχεδόν 100 φορές μεγαλύτερη από οποιονδήποτε κινητήρα ή μυ. Οι νέοι νανο-κινητήρες θα μπορούσαν να οδηγήσουν σε νανορομπότ αρκετά μικρά ώστε να εισέρχονται στα ζωντανά κύτταρα για να καταπολεμήσουν τις ασθένειες, λένε οι ερευνητές. Ο καθηγητής Jeremy Baumberg από το Εργαστήριο Cavendish, ο οποίος ηγήθηκε της έρευνας, ονόμασε τις συσκευές «ενεργοποιητικούς νανομετατροπείς» (ANTs). «Όπως τα πραγματικά μυρμήγκια, παράγουν μεγάλες δυνάμεις για το βάρος τους…» (Πηγή)
- Μικρορομπότ εμπνευσμένα από το σπέρμα: «Μια ομάδα ερευνητών στο Πανεπιστήμιο του Twente (Ολλανδία) και στο Γερμανικό Πανεπιστήμιο στο Κάιρο (Αίγυπτος) ανέπτυξε μικρορομπότ εμπνευσμένα από σπέρμα, τα οποία μπορούν να ελεγχθούν με ταλαντευόμενα ασθενή μαγνητικά πεδία». Θα χρησιμοποιηθούν σε πολύπλοκες εργασίες μικρο-χειρισμού και στοχευμένης θεραπείας. (Πηγή)
- Ρομπότ που κινούνται με βακτήρια: «Οι μηχανικοί του Πανεπιστημίου Drexel ανέπτυξαν μια μέθοδο για τη χρήση ηλεκτρικών πεδίων για να βοηθήσουν τα μικροσκοπικά ρομπότ που κινούνται με βακτήρια να ανιχνεύουν εμπόδια στο περιβάλλον τους και να πλοηγούνται γύρω τους. Οι χρήσεις περιλαμβάνουν τη χορήγηση φαρμάκων, τον χειρισμό βλαστοκυττάρων για να κατευθύνουν την ανάπτυξή τους ή την κατασκευή μιας μικροδομής, για παράδειγμα». (Πηγή)
- Nanorockets: «Πολλές ομάδες ερευνητών κατασκεύασαν πρόσφατα μια υψηλής ταχύτητας, τηλεχειριζόμενη νανοκλίμακα έκδοση ενός πυραύλου συνδυάζοντας νανοσωματίδια με βιολογικά μόρια… Οι ερευνητές ελπίζουν να αναπτύξουν τον πύραυλο ώστε να μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε οποιοδήποτε περιβάλλον. για παράδειγμα, να μεταφέρεις φάρμακα σε μια περιοχή στόχο του σώματος». (Πηγή)
Βασικές Εφαρμογές Νανο και Μικρομηχανών
Οι εφαρμογές αυτών των νανο και μικρο-μηχανών είναι σχεδόν ατελείωτες.
Εδώ είναι μερικά από τα πιο συναρπαστικά, στα μάτια μου:
- Θεραπεία καρκίνου: Εντοπισμός και καταστροφή καρκινικών κυττάρων με μεγαλύτερη ακρίβεια και αποτελεσματικότητα.
- Μηχανισμοί χορήγησης φαρμάκων: Στοχευμένοι μηχανισμοί χορήγησης φαρμάκων για έλεγχο και πρόληψη ασθενειών.
- Ιατρική Απεικόνιση: Η δημιουργία νανοσωματιδίων που συγκεντρώνονται σε ορισμένους ιστούς και στη συνέχεια η σάρωση του σώματος με μαγνητική τομογραφία (MRI) θα μπορούσε να βοηθήσει στην ανάδειξη προβλημάτων όπως ο διαβήτης.
- Νέες συσκευές ανίχνευσης: Με σχεδόν απεριόριστες προσαρμόσιμες ιδιότητες ανίχνευσης, τα νανορομποτικά θα ξεκλειδώσουν νέες δυνατότητες ανίχνευσης που μπορούμε να ενσωματώσουμε στα συστήματά μας για την παρακολούθηση και τη μέτρηση του κόσμου γύρω μας.
- Συσκευές αποθήκευσης πληροφοριών: Ένας βιομηχανικός και γενετιστής στο Ινστιτούτο Wyss του Χάρβαρντ έχουν αποθηκεύσει επιτυχώς 5,5 petabit δεδομένων - περίπου 700 terabytes - σε ένα μόνο γραμμάριο DNA, σπάζοντας το προηγούμενο ρεκόρ πυκνότητας δεδομένων DNA κατά χίλιες φορές.
- Νέα Ενεργειακά Συστήματα: Τα νανορομποτικά μπορεί να διαδραματίσουν ρόλο στην ανάπτυξη πιο αποτελεσματικού συστήματος ανανεώσιμων πηγών ενέργειας. Ή θα μπορούσαν να κάνουν τα σημερινά μας μηχανήματα πιο ενεργειακά αποδοτικά, έτσι ώστε να χρειάζονται λιγότερη ενέργεια για να λειτουργούν στην ίδια ή υψηλή χωρητικότητα.
- Υπερ-ισχυρά Μεταϋλικά: Υπάρχει πολλή έρευνα που γίνεται σε αυτά τα μεταϋλικά. Μια ομάδα από το Caltech ανέπτυξε έναν νέο τύπο υλικού, που αποτελείται από αντηρίδες νανοκλίμακας που διασταυρώνονται όπως τα αντηρίδες ενός μικροσκοπικού Πύργου του Άιφελ, που είναι μια από τις ισχυρότερες και ελαφρύτερες ουσίες που έχουν κατασκευαστεί ποτέ.
- Έξυπνα παράθυρα και τοίχοι: Οι ηλεκτροχρωμικές συσκευές, οι οποίες αλλάζουν δυναμικά χρώμα υπό το εφαρμοσμένο δυναμικό, έχουν μελετηθεί ευρέως για χρήση σε ενεργειακά αποδοτικά έξυπνα παράθυρα — αυτά μπορούν να ελέγχουν την εσωτερική θερμοκρασία ενός δωματίου, να καθαρίζονται μόνα τους και πολλά άλλα.
- Μικροσφουγγάρια καθαρισμού ωκεανών: Ένα σφουγγάρι με νανοσωλήνες άνθρακα ικανό να απορροφά ρυπαντές νερού όπως λιπάσματα, φυτοφάρμακα και φαρμακευτικά προϊόντα περισσότερο από τρεις φορές πιο αποτελεσματικά από προηγούμενες προσπάθειες παρουσιάστηκε σε μια μελέτη που δημοσιεύτηκε στο περιοδικό Nanotechnology της IOP Publishing.
- Αντιγραφείς: Γνωστός και ως "Molecular Assembler", αυτή είναι μια προτεινόμενη συσκευή ικανή να καθοδηγεί τις χημικές αντιδράσεις τοποθετώντας αντιδραστικά μόρια με ατομική ακρίβεια.
- Αισθητήρες υγείας: Αυτοί οι αισθητήρες θα μπορούσαν να παρακολουθούν τη χημεία του αίματός μας, να μας ειδοποιούν όταν κάτι δεν πάει καλά, να ανιχνεύσουν χαλασμένα τρόφιμα ή φλεγμονές στο σώμα και πολλά άλλα.
- Συνδέοντας τον εγκέφαλό μας στο Διαδίκτυο: Ο Ray Kurzweil πιστεύει ότι τα νανορομπότ θα μας επιτρέψουν να συνδέσουμε το βιολογικό μας νευρικό σύστημα με το σύννεφο μέχρι το 2030.
Όπως μπορείτε να δείτε, αυτό είναι πραγματικά μόνο η αρχή… οι ευκαιρίες είναι σχεδόν απεριόριστες.
Μεγάλο πρόβλημα, μεγάλη ευκαιρία
Η νανοτεχνολογία έχει τη δυνατότητα να λύσει μερικά από τα μεγαλύτερα προβλήματα που αντιμετωπίζει ο κόσμος σήμερα.
Μια έκθεση του Εθνικού Ιδρύματος Επιστημών σημειώνει, «…Η νανοτεχνολογία έχει τη δυνατότητα να βελτιώσει την ανθρώπινη απόδοση, να φέρει βιώσιμη ανάπτυξη για υλικά, νερό, ενέργεια και τρόφιμα, να προστατεύσει από άγνωστα βακτήρια και ιούς, ακόμη και να μειώσει τους λόγους διατάραξης της ειρήνης .»
Αν αυτό δεν ήταν αρκετά συναρπαστικό, οι αγορές για τη νανοτεχνολογία είναι, όπως μπορείτε να φανταστείτε, τεράστιες.
Έχει προβλεφθεί ότι η παγκόσμια βιομηχανία νανοτεχνολογίας θα αυξηθεί στα 75,8 δισεκατομμύρια δολάρια (USD) μέχρι το 2020.
Ως επιχειρηματίας, πρέπει να δίνετε προσοχή σε αυτές τις εξελίξεις — θα υπάρξουν εξαιρετικά καρποφόρες ευκαιρίες για να δημιουργήσετε πραγματικά επιχειρηματικές υποθέσεις γύρω από αυτές τις τεχνολογικές εξελίξεις και να τις αναπτύξετε σε κλίμακα.
https://singularityhub.com/2016/05/16/nanorobots-where-we-are-today-and-why-their-future-has-amazing-potential/
