Den här artikeln är en planerad uppdatering av allt du visste om de mest kraftfulla verktyg som mänskligheten någonsin skulle kunna skapa: nanoteknologi. Peter Diamandis, en känd entreprenör och ingenjör, chef och grundare av X-Prize Foundation, Planetary Resources och andra initiativ, beskrev sin vision om vad som händer i laboratorier runt om i världen och vilka potentiella tillämpningar av nanoteknik som väntar inom hälso- och sjukvård, energi, miljöskydd miljö, materialvetenskap, datalagring och behandling.
Eftersom konstgjord intelligens har fått mycket uppmärksamhet på sistone, bör vi snart höra om otroliga genombrott inom området nanoteknik.
Ursprunget till nanoteknologi
De flesta historiker tror att upphovsmannen till termen är fysikern Richard Feynman och hans tal från 1959: "Det finns gott om utrymme nedan." I sitt tal föreställde Feynman en dag då maskiner kunde reduceras så mycket, och så mycket information skulle kodas i små utrymmen, att otroliga tekniska genombrott skulle börja från den dagen.
Men boken av Eric Drexler, "Engines of Creation: The Coming Era of Nanotechnology", avslöjade verkligen denna idé. Drexler kom på idén att självreplicera nanomachiner: maskiner som andra maskiner bygger.
Eftersom dessa maskiner är programmerbara kan de användas för att bygga inte bara fler av dessa maskiner, utan vad du än vill. Och eftersom denna konstruktion äger rum på atomnivå kan dessa nanoroboter ta isär alla typer av material (jord, vatten, luft, vad som helst) atom för atom och sätta samman allt från det.
Drexler ritade en bild av en värld där ett helt kongressbibliotek kunde passa på ett chip på storleken på en sockerkub och där miljöskrubber skrubba föroreningar direkt ur luften.
Kampanjvideo:
Men innan vi utforskar möjligheterna med nanoteknologi, låt oss gå igenom grunderna.
Vad är "nanoteknologi"?
Nanoteknologi är vetenskap, teknik och teknik som bedrivs på nanoskala, som sträcker sig från 1 till 100 nanometer. I huvudsak manipulerar och manipulerar de material på atom- och molekylär nivå.
För att du ska förstå, låt oss föreställa oss vad en nanometer är:
- Förhållandet mellan jorden och barnens kub är ungefär förhållandet mellan en meter och en nanometer.
- Det här är en miljon gånger mindre än myrans längd.
- Tjockleken på ett pappersark är ungefär 100 000 nanometer.
- Diametern för de röda blodkropparna är 7000-8000 nanometer.
- Diametern för DNA-kedjan är 2,5 nanometer.
En nanobot är en maskin som kan bygga och manipulera saker exakt och på atomnivå. Föreställ dig en robot som kan manipulera atomer som ett barn kan manipulera LEGO-tegelstenar och konstruera vad som helst (C, N, H, O, P, Fe, Ni, etc.) från grundläggande atomiska byggstenar. Medan vissa människor förnekar nanorobots framtid som science fiction, måste du förstå att var och en av oss lever idag tack vare de otaliga operationerna med nanoboter i våra biljoner celler. Vi ger dem biologiska namn som "ribosomer", men i deras kärna är de programmerade maskiner med funktion.
Det är också värt att göra en åtskillnad mellan "våt" eller "biologisk" nanoteknologi, som använder DNA och livets maskiner för att skapa unika strukturer från proteiner eller DNA (som byggnadsmaterial), och mer Drexler-nanoteknologi, som innebär att bygga en "monterare", eller maskin som engagerar sig i 3D-utskrift med nanoskalaatomer för att effektivt skapa en termodynamiskt stabil struktur.
Låt oss ta en titt på några typer av nanoteknologi som forskare kämpar med.
Olika typer av nanobotar och applikationer
I allmänhet finns det många nanoroboter. Här är bara några av dem.
- Minsta möjliga motorer. En grupp fysiker från University of Mainz i Tyskland byggde nyligen den minsta enatommotor i historien. Som alla andra konverterar denna motor termisk energi till rörelse - men den gör det i minsta skala. Atomen är instängd i en kon med elektromagnetisk energi, och med hjälp av lasrar värms den upp och kyls, vilket får atomen att röra sig fram och tillbaka i konen, som en kolv från en motor.
- 3D-rörliga DNA-nanomachiner. Ohio State University mekaniska ingenjörer konstruerade och byggde komplexa nanoskala mekaniska delar med DNA-origami - vilket bevisar att samma grundläggande designprinciper som gäller för maskiner i full storlek kan tillämpas på DNA - och kan producera komplexa. styrda komponenter för framtida nanoroboter.
- Nanofins. Forskare vid ETH Zurich och Technion har utvecklat en elastisk "nanofin" i form av en polypyrrol (Ppy) nanotråd 15 mikrometer (miljoner meter) lång och 200 nanometer tjock som kan röra sig genom en biologisk vätska med en hastighet av 15 mikrometer per sekund. Nanofinerna kan anpassas för att leverera läkemedel och använda magneter för att leda dem genom blodomloppet för att rikta upp cancerceller, till exempel.
- Myr nanomotor. Forskare vid University of Cambridge har utvecklat en liten motor som kan utöva 100 gånger sin egen vikt på alla muskler. De nya nanomotorerna kan leda till nanoroboter som är tillräckligt små för att penetrera levande celler och bekämpa sjukdom, säger forskare. Professor Jeremy Baumberg från Cavendish Laboratories, som leder studien, kallade enheten en "myra". Som en riktig myra kan den utöva en kraft många gånger sin egen vikt.
- Mikrobotar efter spermatypen. Ett team av forskare från University of Twente (Nederländerna) och det tyska universitetet i Kairo (Egypten) har utvecklat spermliknande mikrorobotar som kan kontrolleras av svängande svaga magnetfält. De kan användas för sofistikerad mikromanipulation och riktade terapeutiska uppgifter.
- Roboter baserade på bakterier. Drexel University ingenjörer har utvecklat ett sätt att använda elektriska fält för att hjälpa mikroskopiska robotar drivs av bakterier upptäcka och navigera hinder. Tillämpningar inkluderar läkemedelsleverans, manipulering av stamceller för att styra deras tillväxt eller mikrostrukturkonstruktion.
- Nano-missiler. Flera forskningsgrupper har nyligen byggt en höghastighetsversion av fjärrstyrda nanoskala raketer genom att kombinera nanopartiklar med biologiska molekyler. Forskare hoppas kunna utveckla en raket som kan fungera i alla miljöer. till exempel för att leverera ett läkemedel till ett målområde i kroppen.
De viktigaste användningsområdena för nano- och mikromachiner
Tillämpningsmöjligheterna för sådana nano- och mikromachiner är praktiskt taget oändliga. Till exempel:
- Cancer behandling. Identifiera och förstöra cancerceller mer exakt och effektivt.
- Läkemedelsleveransmekanism. Bygg upp riktade läkemedelsleveransmekanismer för sjukdomsbekämpning och förebyggande.
- Medicinsk avbildning. Skapandet av nanopartiklar som samlas i specifika vävnader och sedan skannar kroppen under magnetisk resonansavbildning kan avslöja problem som diabetes.
- Nya avkänningsenheter. Med praktiskt taget obegränsade möjligheter att ställa in nanorobots undersöknings- och skanningsegenskaper kunde vi upptäcka våra kroppar och mäta världen runt oss mer effektivt.
- Informationslagringsenheter. En bioingenjör och genetiker vid Harvard Wyss har framgångsrikt lagrat 5,5 petabit data - cirka 700 terabyte - i ett gram DNA och överträffat den tidigare rekorden för DNA-datatäthet med tusen gånger.
- Nya energisystem. Nanorobots kan spela en roll i utvecklingen av ett mer effektivt system för användning av förnybara energikällor. Eller så kan de göra våra moderna maskiner mer energieffektiva på ett sådant sätt att de behöver mindre energi för att fungera med samma effektivitet.
- Extra starka metamaterial. Det finns mycket forskning inom metamaterial. En grupp vid California Institute of Technology har utvecklat en ny typ av material som består av nanostorlekar som liknar dem i Eiffeltornet, som har blivit en av de starkaste och lättaste i historien.
- Smarta fönster och väggar. Elektrokromiska enheter som dynamiskt ändrar färg när en potential appliceras studeras i stor utsträckning för användning i energieffektiva smarta fönster - vilket kan upprätthålla rumets inre temperatur, självrengöring och mer.
- Mikrosvampar för att rensa haven. Kolens nanorörssvamp, som kan suga upp vattenföroreningar som gödselmedel, bekämpningsmedel och läkemedel, är tre gånger effektivare än tidigare alternativ.
- Replikatorer. Även känd som molekylära sammansättare kan dessa föreslagna anordningar utföra kemiska reaktioner genom att anordna reaktiva molekyler med atomnoggrannhet.
- Hälsosensorer. Dessa sensorer kan övervaka vår blodkemi, meddela oss om allt som händer, upptäcka skadlig mat eller inflammation i kroppen och så vidare.
- Ansluta våra hjärnor till Internet. Ray Kurzweil tror att nanoroboter tillåter oss att ansluta vårt biologiska nervsystem till molnet 2030.
Som ni ser är detta bara början. Möjligheterna är nästan oändliga.
Nanoteknik har potential att lösa några av de största utmaningarna i världen idag. De kan förbättra människans produktivitet, förse oss med alla material, vatten, energi och mat vi behöver, skydda oss från okända bakterier och virus och till och med minska antalet skäl för att störa världen.
Om det inte räcker är marknaden för nanoteknik enorm. År 2020 kommer den globala nanotekniska industrin att växa till en marknad på 75,8 miljarder dollar.
ILYA KHEL