в последнее время нанотехнологии достигли такого прогресса
Самые важные достижения нанотехнологий 21 века
Изобретения, невидимые глазу, но действенные и практичные. Нанотехнологиям пророчат изменение будущего.
А что учёные уже открыли в этой сфере? И можем ли мы этим воспользоваться уже сейчас?
Жидкий металл
Металл, поддающийся управлению с помощью электричества, напоминает сплав, из которого сделан злобный робот из «Терминатор 2». Вещество активно реагирует на раздражители и изменения вокруг. Под воздействием тока в гидроксиде натрия или соляном растворе он движется, может создавать непростые фигуры. Материал имеет биометрические свойства, он может «создать видимость» что производит биохимическую реакцию, но на самом деле он вовсе не имеет биологических составных. Металл может двигаться и сам, без электроимпульсов, если произойдёт несбалансированная нагрузка и раз в давлении на разные стороны капли металла.
Пластыри вместо укола
Уколы, возможно, уйдут в прошлое, ведь исследователи создают пластыри, которые впитают лекарство в организм пациента без уколов. Пластырь будет иметь привычные размеры, и через кожу, скажем, руки, переместят некое количество наночастиц в организм. Размер частиц — меньше 20 нанометров, они сами найдут вредные клетки, устранят их и выведутся из организма естественными путями. Учёные мечтают применять эти частицы для излечения рака, ведь частицы найдут именно раковые клетки, и не тронут здоровые. Проект учёных Атифа Саеда и Закарии Хуссейна из Нью-Йоркского университета называется «NanJect». Конечно, всегда остаются опасения что наночастицы вдруг взбесятся под воздействием, например, электрических импульсов мозга, и перестанут различать здоровые и больные клетки, но, с другой стороны, современные лекарства могут быть не менее опасны, так что время покажет, кто прав — скептики или исследователи.
Очистка воды
Разлив нефти и аварии нефтяных танкеров – катастрофа для океана, сравнимая по масштабам с Хиросимой, а то и хуже. Миллионы литров нефти растекаются на десятки тысяч километров вокруг, делая воду непроницаемой для кислорода. Гибнут водоросли, рыба, птицы. Чтобы подобного не случалось, исследователи работают над плёнкой, толщиной в нанометры, чтобы она, в сочетании с сеткой из нержавейки отталкивала нефть, очищая поверхность воды. Исследователи нашли пример в природе – лисья лотоса отталкивают нефть, именно поверхность этих растений и пытаются воссоздать учёные.
Очистка воздуха для подводных лодок
Один и тот же воздух возвращается в каждые лёгкие всего экипажа подлодки, производя перед тем очистку. Чтобы очистить воздух, задействуют амины, которые пахнут аммиаком. Чтобы облегчить жизнь подводникам, и всем, кому приходиться работать в закрытых помещениях, исследователи создали SAMMS, которая предполагает очистку наночастицами в гранулах из керамики. Пористость вещества поможет поглощать ему углекислый газ. Столовая ложка этого вещества может очистить место, площадью как футбольное поле.
Нанопроводники
Твёрдая наночастица сможет передавать ток в разных направлениях, сможет заместить собой работу выпрямителей тока, переключателей и диодов. Такая частица будет окружена отрицательно заряженными атомами, а электрозаряд будет размещать их в нужном порядке вокруг частицы. Материалы помогут сделать электронику более эффективной и помогут объединять разные технологии.
Нанозарядка
Зарядка будет впитывать из окружающего пространства кинетическую энергию, и будет направлять её в устройство. Пьезоелектрическое вещество, лежащее в основе этой технологии, поможет создавать электричество, используя собственное механическое напряжение. Исследователи Висконсинского университета считают, что этот прибор сможет заряжать всё – от автомобилей, заканчивая производственные препараты и телефоны.
Химический 3D-принтер
Мартин Берк из Иллинойского университета любит создавать удивительные химические вещества, имея в своём арсенале набор разных молекул. Таким образом можно использовать молекулы, которыми пользуются в медицине, чтобы сделать LED-диоды, солнечные батареи и химических элементы. Пока такой принтер создать будет непросто, но однажды, мечтают учёные, они смогут сделать такие принтеры домашними приборами для создания медикаментов.
Научно-
образовательный
портал IQ
Нанотехнологии меняют мир
Разработки в области нанотехнологий уже сегодня активно применяются, например, в медицине и промышленности. Лидерами в области инвестиций в наноразработки являются США, Евросоюз, Япония и Китай. Доля России на мировом рынке нанотехнологий минимальна.
Развитие нанотехнологий – то, что с высокой долей вероятности определит будущее мировой экономики. Эксперты, изучающие развитие нанотехнологий, прогнозируют максимальную информационную открытость и отсутствие границ между отраслями и компаниями в сфере инноваций. У изобретателей не будет проблем с продвижением на рынке своих разработок, поскольку спрос на них резко вырастет, а развитие информационных технологий позволит устранить преграды, которые сегодня существуют между инноваторами и рынком. Экономика нанотехнологий поставит ученых, изобретателей, творческих людей на высшие ступени социальной иерархии.
Но нанотехнологии несут и множество рисков для человечества, в том числе, экзистенциального характера. Это уже не фантастика, а вполне реальные перспективы, которых опасаются правительства ряда стран, призывая к ограничению развития нанотехнологий. Об этом рассказал доцент экономического факультета МГУ Михаил Павлов на конференции «Междисциплинарные исследования экономики и общества».
Вечная жизнь может стать реальностью
Основу нанотехнологий составляет манипулирование атомами. Один нанометр – одна миллиардная часть метра. Нанотехнологии позволяют создавать и модицифицировать объекты с компонентами менее 100 нм в размере и осуществлять их интеграцию в полноценно функционирующие системы.
Одна из сфер, где нанотехнологии способны произвести настоящую революцию – медицина и биотехнологии. Революция станет возможной благодаря созданию молекулярных и атомарных нанороботов, состоящих, как сейчас предполагают ученые, из углерода и его производных. Нанороботы будут способны проникать в организм человека и производить там необходимые действия, которые сегодня медицине не доступны. С помощью нанотехнологий, как рассказал Павлов, появится возможность очищать организм на уровне отдельных клеток, восстанавливать микроповреждения внутри организма, а в более отдаленной перспективе исправлять и достаточно большие повреждения.
Уже сегодня в мире создан ряд технологий для наномедицинской отрасли. «К ним относятся адресная доставка лекарств к больным клеткам, диагностика заболеваний с помощью квантовых точек, лаборатории на чипе, новые бактерицидные средства», – указывает Павлов в своей работе «Экономика нанотехнологий» – учебном пособии для студентов магистратуры, подготовленном в ходе исследований.
В результате, продолжительность жизни человека может серьезно вырасти, появится возможность омоложения организма. Человечество, как замечает ученый, может получить лекарства от всех существующих болезней и не только вирусного и бактериального происхождения, но и генетического.
По разным оценкам, подобные достижения наномедицины могут стать реальностью через 40-50 лет. «Но целый ряд последних открытий, разработок и инвестиций в наноотрасли привел к тому, что все больше аналитиков сдвигают эту дату на 10-15 лет в сторону уменьшения, и, быть может, это еще не предел», – поясняет автор.
При этом увеличение продолжительности жизни и победа над старостью – не верх революции в области наномедицины. Гипотетически развитие нанотехнологий, прогнозируют ученые, может предоставить человечеству возможность неограниченного периода жизни отдельно взятого человека, а также оживление людей, замороженных методами крионики и восстановление ранее вымерших видов.
Мерседес-хамелеон и молоко из травы
Нанотехнологии способны полностью изменить жизнь человека и привычные окружающие его вещи. Если сегодня человечество уже привыкло к стремительному прогрессу в области интернет-технологий, но основная суть, например, транспортных средств меняется достаточно медленно, то завтра ситуация может быть совершенно иной. Картинки из фантастических фильмов обещают стать реальностью. Так корпус «Мерседеса» будущего « SilverFlow » – магнитное соединение, которое способно по одному клику восстанавливать и менять свою форму. Выбор цвета неограничен. Машина работает на механической энергии, способна разворачиваться на месте и парковаться боком. В исходном состоянии автомобиль – эллипсоид из ферромагнетика в форме «лужицы» жидкого металла, который требует минимального места для хранения.
Совершенно другой в будущем может оказаться и одежда, которую сегодня носят люди. Уже сегодня в США созданы модели одежды, содержащей в волокнах ткани заряженные наночастицы. Они защищают человека от простуды, гриппа, смога, загрязнений. Такая одежда не требует стирки. Правда, пока она не может быть использована в массовой промышленности. Один квадратный метр новой ткани стоит около 10 тысяч долларов.
Гипотетически нанотехнологии могут решить такие глобальные проблемы человечества, как загрязнение окружающей среды, нехватку пищевых ресурсов и истощение запасов питьевой воды. Молекулярные и атомарные роботы будут способны производить пищу, заменив сельскохозяйственные растения и животных. «К примеру, теоретически возможно будет производить молоко прямо из травы, минуя промежуточное звено – корову», – пишет Павлов.
Что касается улучшения экологического состояния планеты, то оно возможно за счет разработки альтернативных источников энергии, снижения объема мусора и его активного использования в производстве. Ресурсы питьевой воды будут восполнены за счет новаторских систем очистки воды.
Запрос на творческий труд и тотальная открытость
В случае если произойдет новая технологическая революция, каждый житель планеты потенциально сможет получить доступ к минимальному прожиточному уровню, который будет обеспечен за счет репродуктивного труда наномашин.
При этом социальная иерархия переживет значительную трансформацию. Самой главной профессией, замечает Павлов, станет создатель новых образцов – человек-творец. «Любой желающий улучшить свое материальное положение и получить что-то сверх прожиточного минимума и своего текущего уровня достатка должен будет, используя свои творческие способности, создать новый образец, модель, дизайн», – считает ученый. В новой экономике всеобщего изобилия, основанной на нанотехнологиях, ценность, как он замечает, будут иметь две вещи – творческие идеи и энергия.
При этом человечеству придется пережить психологически непростой момент, связанный с интеллектуальной собственностью. «В частности, станет невозможным сохранить в тайне что-либо. С помощью созданной с применением нанотехнологий «умной пыли» появится возможность отследить любые процессы, к которым вообще могут получить доступ люди. Адекватной формой в таком мире будет всеобщая интеллектуальная собственность» – рассказывает автор.
Лифт в космос
Гипотетически нанотехнологии могут вывести человеческий разум на совершенно новый уровень развития. Потенциал нанотехнологий, как замечает Павлов, способствовал появлению нового философского направления – трансгуманизма, согласно которому современный человеческий вид Homosapiens – Человек разумный – является не вершиной, а одним из звеньев эволюции, за которым последуют более сильные и могущественные. Новые люди смогут освоить космическое пространство, заселить другие планеты и получить бессмертие.
Но самые серьезные риски развития нанотехнологий связаны с нанороботами, которые пока находятся в стадии разработки. Особенно опасны самореплицирующиеся, способные к самостоятельному размножению, нанороботы. Об их опасности – «серой слизи» – написал американский ученый Э.Дрекслер в своей книге «Машины созидания», напоминает Павлов. Именно Э.Дрекслер ввел понятие о молекулярных роботах. Это было в середине 80-х годов прошлого века.
Сегодня наука продвинулась далеко вперед. Эксперты в области нанотехнологий предупреждают, что человечеству стоит всерьез задуматься над тем, стоит ли выпускать джина из бутылки. «Даже если заложить в каждого наноробота три закона робототехники А.Азимова, то все равно остается вероятность, что нанороботы начнут создавать новые копии самих себя уже без соблюдения этих законов. Или это сделает злой гений-человек», – замечает Павлов.
10 нанотехнологий с удивительным потенциалом
Попробуйте вспомнить какое-нибудь каноническое изобретение. Вероятно, кто-то сейчас представил себе колесо, кто-то самолет, а кто-то и «айпод». А многие ли из вас подумали об изобретении совсем нового поколения — нанотехнологиях? Этот мир малоизучен, но обладает невероятным потенциалом, способным подарить нам действительно фантастические вещи. Удивительная вещь: направление нанотехнологий не существовало до 1975 года, даже несмотря на то, что ученые начали работать в этой сфере гораздо раньше.
Не только в процессорах используются нанотехнологии
Невооруженный глаз человека способен распознать объекты размером до 0,1 миллиметра. Мы же сегодня поговорим о десяти изобретениях, которые в 100 000 раз меньше.
Электропроводимый жидкий металл
За счет электричества можно заставить простой сплав жидкого металла, состоящий из галлия, иридия и олова, образовывать сложные фигуры или же наматывать круги внутри чашки Петри. Можно с некоторой долей вероятности сказать, что это материал, из которого был создан знаменитый киборг серии T-1000, которого мы могли видеть «Терминаторе 2».
«Мягкий сплав ведет себя как умная форма, способная при необходимости самостоятельно деформироваться с учетом изменяющегося окружающего пространства, по которому он движется. Прямо как мог делать киборг из популярной научно-фантастической киноленты», — делится Джин Ли из университета Цинхуа, один из исследователей, занимавшихся данным проектом.
Этот металл биомиметический, то есть он имитирует биохимические реакции, хотя сам не является биологическим веществом.
Управлять этим металлом можно за счет электрических разрядов. Однако он и сам способен самостоятельно передвигаться, за счет появляющегося дисбаланса нагрузки, которое создается разностью в давлении между фронтальной и тыльной частью каждой капли этого металлического сплава. И хотя ученые считают, что этот процесс может являться ключом к конвертации химической энергии в механическую, молекулярный материал в ближайшем будущем не собираются использовать для строительства злых киборгов. Весь процесс «магии» может происходить только в растворе гидроксида натрия или соляном растворе.
Как работают нанопластыри
Таким можно не только царапину заклеить
Трипанофобы, возрадуйтесь! В самом ближайшем будущем вам, возможно, больше не придется бояться иголок. Исследователи из Йоркского университета работают над созданием специальных пластырей, которые будут предназначаться для доставки всех необходимых лекарств внутрь организма без какого-либо использования иголок и шприцов. Пластыри вполне себе обычного размера приклеиваются к руке, доставляют определенную дозу наночастиц лекарственного средства (достаточно маленькие, чтобы проникнуть через волосяные фолликулы) внутрь вашего организма. Наночастицы (каждая размером менее 20 нанометров) сами найдут вредоносные клетки, убьют их и будут выведены из организма вместе с другими клетками в результате естественных процессов.
Ученые отмечают, что в будущем такие нанопластыри можно будет использовать при борьбе с одним из самых страшных заболеваний на Земле — раком. В отличие от химиотерапии, которая в таких случаях чаще всего является неотъемлемой частью лечения, нанопластыри смогут в индивидуальном порядке находить и уничтожать раковые клетки и оставлять при этом здоровые клетки нетронутыми. Проект нанопластыря получил название «NanJect». Его разработкой занимаются Атиф Сайед и Закария Хуссейн, которые в 2013 году, еще будучи студентами, получили необходимое спонсирование в рамках краудсорсинговой компании по привлечению средств.
Остается лишь понадеяться, что нанопластыри доведут до ума, выпустят в продажу и не в коем случае не совместят эту разработку с технологией жидкого металла, о которой мы писали выше.
Нанофильтр для воды
В современных реалиях очень актуально
Помните катастрофу, связанную со взрывом нефтяной платформы BP и разливом нефти в Мексиканском заливе, которая произошла в 2010 году? В будущем подобные аварии помнить не будут, если у исследователей из штата Огайо все получится. И все благодаря специальной разрабатываемой пленке толщиной несколько нанометров. При использовании этой пленки в сочетании с тонкой сеткой из нержавеющей стали нефть отталкивается, и вода в этом месте становится первозданно чистой.
Что интересно, на создание нанопленки ученых вдохновила сама природа. Листья лотоса, также известного как водяная лилия, обладают свойствами, противоположными свойствам нанопленки: вместо нефти они отталкивают воду. Ученые уже не первый раз подглядывают у этих удивительных растений их не менее удивительные свойства. Результатом этого, например, стало создание супергидрофобных материалов в 2003 году. Что же касается нанопленки, исследователи стараются создать материал, имитирующий поверхность водяных лилий, и обогатить его молекулами специального очищающего средства. Само покрытие невидимо для человеческого глаза. Производство будет недорогим: примерно 1 доллар за квадратный фут.
Очиститель воздуха для подводных лодок
Под водой особенно важно иметь чистый воздух
Вряд ли кто-то задумывался о том, каким воздухом приходится дышать экипажам подводных лодок, кроме самих членов экипажа. А между тем очистка воздуха от двуокиси углерода должна производиться немедленно, так как за одно плаванье через легкие команды подлодки одному и тому же воздуху приходится проходить сотни раз. Для очистки воздуха от углекислого газа используют амины, обладающие весьма неприятным запахом.
Для решения этого вопроса была создана технология очистки, получившая название SAMMS (аббревиатура от Self-Assembled Monolayers on Mesoporous Supports). Она предлагает использование специальных наночастиц, помещенных внутрь керамических гранул. Вещество обладает пористой структурой, благодаря которой оно поглощает избыток углекислого газа. Различные типы очистки SAMMS взаимодействуют с различными молекулами в воздухе, воде и земле, однако все из этих вариантов очисток невероятно эффективны. Всего одной столовой ложки таких пористых керамических гранул хватит для очистки площади, равной одному футбольному полю.
Что такое нанопроводники
Никола Тесла заценил бы такие открытия
Исследователи Северо-Западного университета (США) выяснили, как создать электрический проводник на наноуровне. Этот проводник представляет собой твердую и прочную наночастицу, которая может быть настроена на передачу электрического тока в различных противоположных направлениях. Исследование показывает, что каждая такая наночастица способна эмулировать работу «выпрямителя тока, переключателей и диодов». Каждая частица толщиной 5 нанометров покрыта положительно заряженным химическим веществом и окружена отрицательно заряженными атомами. Подача электрического разряда реконфигурирует отрицательно заряженные атомы вокруг наночастиц.
Потенциал у технологии, как сообщают ученые, небывалый. На ее основе можно создавать материалы, «способные самостоятельно изменяться под определенные компьютерные вычислительные задачи». Использование этого наноматериала позволит фактически «перепрограммировать» электронику будущего.
Аппаратные обновления станут такими же легкими, как и программные. Помимо этого, нанопроводник имеет и другой потенциал использования и может стать своеобразным трехмерным мостом между различными технологиями. Благодаря тому, что его совместимость может быть запрограммирована, он обладает удивительной адаптивностью.
Нанотехнологическое зарядное устройство
Айфон, который держит зарядку год? Почему бы нет
Когда эту штуку создадут, то вам больше не потребуется использовать никакие проводные зарядные устройства. Новая нанотехнология работает как губка, только впитывает не жидкость. Она высасывает из окружающей среды кинетическую энергию и направляет ее прямо в ваш смартфон. Основа технологии заключается в использовании пьезоэлектрического материала, который генерирует электричество, находясь в состоянии механического напряжения. Материал наделен наноскопическими порами, которые превращают его в гибкую губку.
Официальное название этого устройства — «наногенератор». Такие наногенераторы могут однажды стать частью каждого смартфона на планете или же частью приборной панели каждого автомобиля, а возможно, и частью каждого кармана одежды — гаджеты будут заряжаться прямо в нем. Кроме того, технология имеет потенциал использования на более масштабном уровне, например, в промышленном оборудовании. По крайней мере так считают исследователи из Висконсинского университета в Мадисоне, создавшие эту удивительную наногубку.
Если вам интересны новости науки и технологий, подпишитесь на нас в Яндекс.Дзен, чтобы не пропускать новые материалы!
Искусственная сетчатка
Так слепых людей вообще не останется
Будущее искусственного зрения видится настолько ярким, что здесь не обойтись без солнцезащитных очков… или специальной нанопленки, предназначающейся для имитации сетчатки ваших глаз. Израильская компания Nano Retina разрабатывает интерфейс, который будет напрямую подключатся к нейронам глаза и передавать результат нейронного моделирования в мозг, заменяя сетчатку и возвращая людям зрение.
Эксперимент на слепой курице показал надежду на успешность проекта. Нанопленка позволила курице увидеть свет. Правда, до конечной стадии разработки искусственной сетчатки для возвращения людям зрения пока еще далеко, но наличие прогресса в этом направлении не может не радовать.
Nano Retina — не единственная компания, которая занимается подобными разработками, однако именно их технология на данный момент видится наиболее перспективной, эффективной и адаптивной. Последний пункт наиболее важен, так как мы говорим о продукте, который будет интегрироваться в чьи-то глаза. Похожие разработки показали, что твердые материалы непригодны для использования в подобных целях.
И последнее. Так как технология разрабатывается на нанотехнологическом уровне, она позволяет исключить использование металла и проводов, а также избежать низкого разрешения моделируемой картинки.
Светящаяся одежда
Нет, это не концерт из 80-х
Шанхайские ученые разработали светоотражающие нити, которые можно использовать при производстве одежды. Основой каждой нити является очень тонкая проволока из нержавеющей стали, которую покрывают специальными наночастицами, слоем электролюминесцентного полимера, а также защитной оболочкой из прозрачных нанотрубок. В результате получаются очень легкие и гибкие нитки, способные светиться под воздействием своей собственной электрохимической энергии. При этом работают они на гораздо меньшей мощности, по сравнению с обычными светодиодами.
Недостаток технологии заключается в том, что «запаса света» у ниток хватает пока всего лишь на нескольких часов.
Однако разработчики материла оптимистично считают, что смогут увеличить «ресурс» своего продукта как минимум в тысячу раз. Даже если у них все получится, решение другого недостатка пока остается под вопросом. Стирать одежду на основе таких нанониток, скорее всего, будет нельзя.
Как бы там ни было, ученые считают, что можно рассмотреть варианты использования таких ниток в биомедицине. А что касается мытья, то из нанониток вполне можно будет создавать вещи, которые обычно не так часто подвергаются стирке, вроде сигнальных жилетов и бейсболок.
Наноиглы для восстановления внутренних органов
Такие иглы позволят проводить самые сложные операции
Нанопластыри, о которых мы говорили выше, разработаны специально для замены игл. А что, если сами иглы были бы размером всего несколько нанометров? В таком случае они могли бы изменить наше представление о хирургии, или по крайней мере существенно ее улучшить.
Совсем недавно ученые провели успешные лабораторные испытания на мышах. С помощью крошечных игл исследователи смогли ввести в организмы грызунов нуклеиновые кислоты, способствующие регенерации органов и нервных клеток и тем самым восстанавливающие утерянную работоспособность. Когда иглы выполняют свою функцию, они остаются в организме и через несколько дней полностью в нем разлагаются. При этом никаких побочных эффектов во время операций по восстановлению кровеносных сосудов мышц спины грызунов с использованием этих специальных наноигл ученые не обнаружили.
Если брать в расчет человеческие случаи, то такие наноиглы могут использоваться для доставки необходимых средств в организм человека, например, при трансплантации органов. Специальные вещества подготовят окружающие ткани вокруг трансплантируемого органа к быстрому восстановлению и исключат возможность отторжения. Другим способом применения этих игл может стать «перепрограммирование» поврежденных во время ожогов клеток на быстрое самовосстановление и возвращение их функций. При этом без каких-либо шрамов.
Трехмерная химическая печать
Молекулы позволят вывести 3D-печать на новый уровень
Только представьте себе 3D-принтер, способный работать сразу со множеством различных материалов. Химик Иллинойского университета Мартин Берк — настоящий Вилли Вонка из мира химии. Используя коллекцию молекул «строительного материала» самого разного назначения, он может создавать огромное число различных химических веществ, наделенных всевозможными «удивительными и при этом естественными свойствами». Например, одним из таких веществ является ратанин, который можно найти только в очень редком перуанском цветке.
Потенциал синтезирования веществ настолько огромен, что позволит производить молекулы, использующиеся в медицине, при создании LED-диодов, ячеек солнечных батарей и тех химических элементов, на синтезирование которых даже у самых лучших химиков планеты уходили годы.
Возможности нынешнего прототипа трехмерного химического принтера пока ограничены. Он способен создавать только новые лекарственные средства. Однако Берк надеется, что однажды он сможет создать потребительскую версию своего удивительного устройства, которая будет обладать куда большими возможностями. Вполне возможно, что в будущем такие принтеры будут выступать в роли своеобразных домашних фармацевтов.