среда, 11 марта 2009 г.

Nanoscience Is Our Future

История возникновения нанонауки.

Ричард Филлипс Фейнман, Нобелевский лауреат и выдающийся физик прошлого столетия, чья деятельность во многом предопределила дальнейшее развитие физики и технологии. Оригинальный и разносторонний человек, который не боялся экспериментировать, узнавать и предполагать.

Свою жизнь, как своеобразное интеллектуальное приключение, Фейнман описал в увлекательной книжке "Вы, конечно, шутите, мистер Фейнман", которая стала бестселлером. Занимаясь преимущественно изучением законов мира квантовых объектов, Фейнман, как никто другой, понимал, что рано или поздно, но, во всяком случае, довольно скоро, технологическое развитие приведет к необходимости учета особенностей этого мира. И уже в далеком 1959 г. на ежегодном собрании Американского физического общества в Калифорнийском технологическом институте Фейнман позволил себе заглянуть в технологическое будущее цивилизации в своей речи "There's Plenty of Room at the Bottom: An Invitation to Enter a New Field of Physics", что можно было бы перевести как "В глубинах - преизбыток места: приглашение войти в новую область физики". В этой речи он пророчески заметил: "В 2000 году, когда оглянутся на эту эпоху, то удивятся, почему же на пороге 60-х никто серьезно не стал двигаться в этом направлении". Под "этим направлением" Фейнман имел в виду решение задачи манипулирования и управления объектами в очень малых масштабах, т.е. то, что теперь обобщенно называется нанотехнологиями. Собственно, именно эту программную речь Фейнмана и рассматривают чаще всего как начало истории нанотехнологий. Фейнман обращает внимание на потенциально неисчерпаемую информационную емкость объектов микромира. Отталкиваясь от примера живой клетки, Фейнман выдвигает идею создания микроустройств, которые также могли бы действовать в очень малых пространственных областях, т.е. того, что теперь называется микроэлектромеханическими системами - МЭМС (MEMS). И уже тогда возникает идея использования таких наномашин в микрохирургии. Он обращает внимание, что атомы как микрочастицы ведут себя совсем не так, как объекты макромира. Они подчиняются законам квантовой механики. А поэтому создавать надо будет не просто очень маленькие микросхемы, но системы, которые использовали бы квантованные энергетические уровни, взаимодействия квантованных спинов и т.п. Так что к этому историческому докладу Фейнмана восходят и такие современные идеи, как квантовый компьютер и спинтроника.

Позже, Эрик Дрекслер, американский инженер, известный популяризатор нанотехнологий, видимо вдохновленный речью Фейнмана, написал целую книгу, посвященную нанотехнологическому будущему. В ней Дрекслер выдвигает весьма смелые и небезосновательные идеи. В свое время эта книга вызвала огромную реакцию. Стоит отметить идею создания нанокомпьютеров, это будет большим прорывом не только в электронике, но скажется и на жизни людей. Нанокомпьютеры, потом нанороботы, которые смогут заменять человека в некоторых сферах жизни. Говоря о нанокомпютерах, следует отметить, что Дрекслер упоминает идею размерного эффекта - чем меньше размер, тем больше скорость.

"Получающаяся в результате нанотехнология может помочь распространению жизни вне Земли - шаг, не имеющий аналогов, начиная с распространения жизни вне морей. Это может помочь машинам обрести разум - шаг, не имеющий параллелей, с тех пор как разум появился в приматах. И это может позволять нашим умам обновлять и переделывать наши тела - шаг вообще не имеющий аналогов". Дрекслер отмечает глобальность перемен, но в тоже время предупреждает об опасности, поскольку такие перемены дают обширные возможности.

Дрекслер говорит об эволюции технологий подобно эволюции биологических видов, в развитии науки технологий есть и отбор, и своеобразная борьба за выживание. Устаревшие, неиспользуемые технологии отсеиваются или усовершенствуются, на смену им приходят новые. Но если на эволюцию биологического мира уходили тысячелетия, то на эволюцию технологий уходят месяцы и годы. 

Следует отметить идею искусственного интелеллекта. Если раньше считалось невозможным создание таких машин, то сейчас ученые добились определенных успехов в этой области, к примеру, в робототехнике - deep blue (суперЭВМ), системы по распознаванию речи, экспертные системы, которые могут диагностировать определенный диапазон заболеваний. И даже проводятся турниры по футболу среди роботов.Точным и верным оказалось предсказание Дрекслера по поводу применения нанотехнологий в медицине, будь то нанороботы, "лечащие" клетку, или лекарства на основе нанотехнологий. К примеру, одним из последних достижений в медицине является то, что фуллерены помогут защищать ткани людей от побочных эффектов воздействия радиации и химиотерапии. И конечно проблема старения организма сейчас изучается, для ее решения используют стволовые клетки.Дрекслер отмечает такие глобальные и революционные перемены, как достижения в генной инженерии, с помощью которой ученые могут решать важные проблемы, такие как свертываемость белков, извлечение отдельных гормонов, также очень интересна идея молекулярных компьютеров, биочипов и биокомпьютеров. Большую роль Дрекслер отводит универсальным ассемблерам - машинам из белковых молекул, применяющихся для сборки молекулярных конструкций. Некоторые мысли и идеи Дрекслера даже сейчас кажутся несбыточными и нереальными, но многие из них уже сейчас воплотились в жизнь. Научно-популярный стиль книги, простой язык и понятные примеры и сравнения делают книгу легкой и доступной для прочтения широкому кругу людей.

 

Достижения в области нанотехнологий и перспективы развития.

Нанонаука собирается менять мир и наш образ жизни, в её задачи входит создание новых научных разработок, меньших по размерам, более быстродействующих, мощных, эффективных, более безопасных и надежных, в том числе новые методики лечения. 

* Наномедицина уделяет внимание проблемам диагностирования и лечения заболеваний, а также созданию новых методов доставки лекарств с меньшими побочными эффектами. В настоящее время многие разработки в наномедицине проходят клинические испытания и вскоре результаты исследований станут доступны общественности. 

* Чувствительные датчики, созданные на основе нанотехнологий, могут распознавать очаги раковых заболеваний. 

* Золотые наночастицы можно использовать для выявления ранней стадии болезни Альцгеймера. Другие наноструктуры могут опознавать больные клетки и доставлять лекарства в раковые опухоли, не нанося ущерба здоровым клеткам или органам. Некоторые исследователи разрабатывают новые наночастицы, которые будут улучшать медико-биологические показатели. 

* Ведутся исследования по созданию гелей, способных вызывать рост нервных клеток. Гель заполняет пространство между существующими клетками и создает новые клетки для роста. Этот процесс может быть использован для регенерации поврежденных мозговых клеток и клеток спинного мозга.

Эти наночастицы оксида железа имеют диаметр менее 10 нм и покрыты молекулами ДНК для использования в биомедицинских целях.

 

Растущий мировой спрос на энергоносители усугубляется растущей необходимостью защиты окружающей среды. Многие ученые изучают пути развития экологически чистых, доступных и возобновляемых источников энергии. 

* Прототип солнечных панелей, основанный на нанотехнологиях, является гораздо более эффективным, чем стандартные образцы преобразования солнечного света в электроэнергию.

Новые солнечные панели включают невидимые наночастицы, улучшающие производительность.

 

Чистая вода является ценным природным ресурсом первой необходимости.

* Нанотехнологии могут помочь удовлетворить потребность в чистой воде с помощью недорогих средств очистки, а также быстрых и дешевых методов обнаружения примесей. Ученые уже обнаружили неожиданные магнитные взаимодействия между сверхмалыми частицами ржавчины, которые могут помочь устранить мышьяк из питьевой воды.

 

Охрана окружающей среды.

Экологическое применение нанотехнологии находят в разработке легковых автомобилей, требующих меньших затрат горючего топлива, в разработке альтернативных видов топлива и энергетических источников, а также в разработке материалов, способных распознавать и очищать окружающую среду от вредных веществ.

* Ученые изучают наночастицы серебра, которые, как известно, имеют антимикробные свойства и которые можно будет использовать для устранения и очистки разливов нефти и других опасных химических веществ в окружающей среде.

* Датчики, созданные на основе нанотехнологий, могут обнаружить и идентифицировать вредные химические или биологические вещества в окружающей среде.

Наночастицы серебра.

 

Улучшенные материалы и новые продукты. Свойства огромного количества материалов могут быть улучшены с помощью использования нанотехнологий. Наноструктурированные материалы прочнее, легче, надежнее и лучше проводят ток.

* Добавление наночастиц в пластиковые материалы может сделать их легче и долговечнее. Наночастицы в настоящее время используются в бейсбольных битах и теннисных ракетках, и когда-нибудь будут использоваться в бронежилетах и экономичных двигателях.

* Разные наночастицы могут быть использованы в тонких пленках, чтобы придать им водоотталкивающие, светопоглощающие свойства, такие пленки будут обладать способностью самоочищения, ультрафиолетовой и инфракрасной устойчивостью, антимикробной поверхностью, стойкостью к коррозии и электрической проводимостью. Нанопленки используются сейчас для покрытия стекол очков, компьютерных дисплеев и объективов для защиты поверхности.

* Нанотехнологии позволят создать компьютеры, которые будут быстрее, мощнее и энергетически экономичнее сегодняшних. Нанотехнологии также позволят экспоненциально увеличить информационную емкость.

 нанопленки.

 

Комментариев нет:

Отправить комментарий