Kas yra nanotechnologijos - pavyzdžiai, ateities programos ir rizika

Viskas, kas yra fizinė prigimtis - žmonės, augalai, mineralai, oras - yra sudaryta iš atomų ir molekulių derinių, sujungtų arba formos, arba elektroniniu krūviu. Atomų manipuliavimas nanomasele teoriškai leistų žmonėms dauginti viską, nuo deimantų iki maisto.

Nors tokios technologijos pranašumai iš tikrųjų nesuskaičiuojami, kai kuriems tai sukėlė didelį susirūpinimą, kad molekulinė manipuliacija gali nevalingai sukelti daugiau problemų nei sprendimų - iki ir žmogaus išnykimo (įskaitant). Organizacijos, tokios kaip Australijos Žemės draugai, Asmenys, laukiantys gelbėjimo, Meksikoje ir Organinių vartotojų asociacija Amerikoje, aktyviai priešinasi bet kokiam tolesniam nanomokslinių projektų tobulinimui..

Kas yra „mastelis“ ir kodėl tai svarbu??

Nanotechnologijos yra mokslas, nagrinėjantis materijos manipuliavimą atominiu, molekuliniu ir viršmolekuliniais aspektais - kitaip tariant, daug mažesnis už tai, ką mato plika akis. Kiekvienas nanometras yra viena milijardoji metro dalis - maždaug per ilgį, kurį užauga nagas. Žvelgiant iš perspektyvos, žmogaus plaukai yra maždaug 80 000–100 000 nanometrų pločio, raudonųjų kraujo kūnelių - 2500 nanometrų, o žmogaus DNR grandinė yra 2,5 nanometrų skersmens..

Nanotechnologijos tapo įmanomos tik plėtojant nepaprastus tikslius prietaisus, tokius kaip nuskaitymo tunelinis mikroskopas ir atominės jėgos mikroskopas. Jos pažadas ir rizika kyla dėl vis augančio kvantinės fizikos supratimo, kuris susijęs su ypač mažais objektais. Keista, kad nanodalelių elgsena dažnai prieštarauja jų savybėms didesniu mastu.

Pavyzdžiui, birios pavidalo medžiagos, negalinčios turėti elektros krūvio, - izoliatoriai - gali tapti puslaidininkiais nanodalelių lygyje, kaip tik gali pasikeisti lydymosi temperatūra ir kitos fizinės savybės. Aliuminio koksas gali susmulkinti 20–30 nanometrų miltelius, gali savaime užsidegti ore - savybė, dėl kurio jis tampa raketų kuro katalizatoriumi. Panašiai, tiek deimantas, tiek pieštukas iš grafito yra pagaminti iš anglies, tačiau jie turi labai skirtingas savybes dėl to, kaip jungiasi anglies atomai..

Nano-terminija

Mokslui plečiantis „nano“ srityje, atsirado ir terminija. Čia yra keletas pagrindinių apibrėžimų:

Nanotechnologijos: Bet kokia technologija, įskaitant tradicinius pramoninius ir cheminius procesus, kuri apima struktūras nuo vieno iki šimto nanometrų ir pasižymi naujomis savybėmis. Nanotechnologinės dangos jau naudojamos drabužiams, pagamintiems iš dėmėms atsparaus pluošto, ir, pavyzdžiui, didelio efektyvumo apsaugos nuo saulės kremų..
Nanofakcijos: Nanomarške kiekvienas gamybos būdas yra tiesiog atomų išdėstymo būdas. Taip pat vadinami „molekuliniais surinkėjais“, nanofaktoriai yra nedideli, uždaros sistemos gamybos vienetai, kurie manevruoja, derina ir manipuliuoja reaktyviosiomis molekulėmis, kad sudarytų sudėtingas fizines ir biologines struktūras - nuo mineralų, iki žmogaus organų ir kaulų. Viena žmogaus ląstelė yra puikus biologinio molekulinio gamybos vieneto arba nanofakto, kuris skaito skaitmeninę genetinę medžiagą (DNR), kad būtų galima derinti procesą, pavyzdys. Johnas Burchas iš Prognozių instituto prognozuoja, kad biologinės molekulinės inžinerijos ir gamybos taikymas turėtų plėstis ir sparčiai vystytis iki XXI amžiaus vidurio..
Nanobotai: Tai yra nanofaktorių produktai, tačiau nesitikima, kad jie patys imsis ar nukreips. Nanobotai patenka į nanotechnologijų ir robotikos sankirtą ir šiuo metu yra daugiau mokslinės fantastikos nei mokslo. Tačiau tikrai yra intriguojančių jų naudojimo galimybių, ypač žmogaus kūne. Kai kurie futuristai mano, kad nanobotai vieną dieną gali keliauti per kraują ieškant ir gydant specifines sergančias ląsteles. Pavyzdys galėtų būti nanobotas, kuris tik puola ir naikina tam tikro tipo vėžį.

Dabartinis ir būsimas nanotechnologijų panaudojimas

Anot Toksikologų draugijos, nanotechnologijų pažanga jau gamina daugybę naujų medžiagų. Jie taip pat adaptuoja senas medžiagas, tokias kaip anglis, ir tai suteikia jiems „didelį potencialą tobulinti vartojimo ir pramonės gaminius, patenkinti kritinius energijos poreikius, stiprinti saugumo sistemas ir tobulinti medicinos sritį“.

Anglies nanovamzdeliai - įsivaizduokite susuktą anglies atomų lakštą - dabar yra vartojimo produktuose, tokiuose kaip teniso raketės ir golfo klubai. Jie pasižymi 200 kartų didesniu plieno stiprumu ir penkis kartus elastingumu, penkis kartus didesniu nei vario elektrinis laidumas ir puse iš aliuminio tankio. Be to, jie nerūdija, nenuslūgsta dėl radiacijos, neišsiplečia ir nesitraukia dėl temperatūros pokyčių. Šiuo atžvilgiu tampa akivaizdus jų pritaikymas tokiuose gaminiuose kaip automobiliai ir lėktuvai.

Atsirandančių nanotechnologijų projekte „Virginia Tech“ išvardijama daugiau nei 1 790 esamų vartojimo produktų, kuriems suteiktas nano panaudojimas, įskaitant medvilnės lakštus, riebalų šalinimo priemones, golfo velenus, dažus ir kosmetiką. Kai kurie mokslininkai net prognozavo, kad saulės baterijos ilgainiui gali būti sukurtos tokiu patvarumu ir tokiomis mažomis sąnaudomis, kad jas būtų galima naudoti stogo dangose, šaligatviuose ir keliuose, sudarant kelią nešvariam, gausiam ir nebrangiam energijos tiekimui..

Konkretūs egzistuojančių nanotechnologijas naudojančių gaminių pavyzdžiai:

„Seldon Technologies“ sistema „MineralWater“ yra anglies nanovamzdelių filtravimo įrenginys, kuris pašalina patogenus ir teršalus, tokius kaip virusai, bakterijos, cistos ir sporos, tiekdamas geriamąjį vandenį, viršijantį USEPA geriamojo vandens standartą..
„Linde Electronics“ anglies nanovamzdelių rašalas skirtas ekranams, jutikliams ir elektroniniams prietaisams, tokiems kaip išmanusis telefonas su sudedamuoju ekranu arba permatomas GPS įrenginys, įmontuotas automobilio priekiniame stikle..
Saulės kremai, kurių sudėtyje yra titano dioksido arba cinko oksido nanodalelės, atspindi arba sugeria vėžį sukeliančią ultravioletinę šviesą. Šie produktai yra nematomi ir ilgalaikiai bei pasižymi mažiau dirginančiomis ir alergenus sukeliančiomis medžiagomis, nei tradiciniai apsaugos nuo saulės produktai.
Daugelyje nereceptinių tvarsčių dabar yra sidabro nanodalelių, kurios užkerta kelią infekcijai aplink įpjovimus ir įbrėžimus, efektyviai sumaišydamos antibiotikų tepalą su tvarsčiu..
Antibakteriniai baseino skysčiai. Jie yra veiksmingesni kovojant su kenksmingomis bakterijomis, tuo pačiu sumažinant plaukikų poveikį ankstesnių produktų griežtoms cheminėms medžiagoms.

Kaip prognozavo prognozavimo institutas, kasdienis padidėjusio nanofaktorių prieinamumo pranašumas apimtų šiuos dalykus:

Medicininiai nanorobotai, kurie išgydo ligą ir atvirkštinį senėjimą. Robertas Freitas, molekulinės gamybos instituto vyresnysis mokslo darbuotojas, savo nanomedicinos knygų serijoje planuoja ateitį, kai į žmogaus kūną įleidžiami medicininiai nanorobotai, atliekantys ląstelių ir mikroskopines operacijas, atitaisantys specifinius sužalojimus ir patruliuojantys kūną, kad galėtų atpažinti ir atsispirti ligoms. . Etikos ir naujųjų technologijų instituto tinklalapyje Burch aprašė scenarijų, kai nurijus piliulė aprūpins molekulines medžiagas su instrukcijomis nanobotams, kad būtų suformuoti nauji neuronai pažeistoms ar mirštančioms smegenų ląstelėms pakeisti. Šios naujos smegenų ląstelės apdorotų informaciją daug greičiau nei biologinės smegenys, lygiai kaip dirbtinė galūnė gali būti stipresnė už žmogaus ranką ar koją.
Sumažintos pagamintų gaminių išlaidos. Pagrindinės išlaidos sumažės iki žaliavų, tokių kaip anglis, azotas ir deguonis, vertės ir energijos, reikalingos nanofakcijai. Įsivaizduokite automobilį, pagamintą iš anglies pluošto ir pagamintą nanofakcijose, o ne su medžiagomis, kurioms reikalinga kasyba, perdirbimas ir konfigūravimas. Teoriškai praktiškai bet kokia medžiaga ar daiktas gali būti surinktas iš apačios į viršų derinant nanofakcijas. Didelio masto rezultatai gaunami derinant sinchroninius ir sinergetinius nanoskalės procesus. Erikas Drexleris, amerikiečių inžinierius, žinomas kaip nanotechnologijų populiarinimas, prognozuoja stalinių gamyklų, gaminančių didelius, naudingus produktus, ateitį, panašų į „Star Trek“ šlovės replikatorių. Tiesą sakant, 2014 m. Birželio mėn. „Nestle“ sveikatos mokslų institutas paskelbė apie naują projektą, kuris ilgainiui gali sukelti „virtuvės aparatą, galintį sukurti pritaikytus papildymus ar net maistą“.
Dirbtinio bendro intelekto (AGI) plėtra. Pasak „Foresight Institute“, nanofakcijose bus naudojamos mašinų sistemos inžineriniam ir techniniam darbui, kurios savo ruožtu gamins kompiuterius, kurie yra tūkstančius kartų galingesni ir nebrangūs nei dabartiniai kompiuteriai. Kai mašinos mokosi ir perduoda žinias iš vienos programos ar aplinkos į kitą, tikėtina greita pažanga. Tačiau kyla klausimas, kaip greitai pasiekti AGI. Nuo 1990 m. 100 000 USD premija buvo skirta kiekvienam, kurio mašina gali suklaidinti nepriklausomus teisėjus manydama, kad tai yra žmogiška, kai jie užsiima laisvos formos pokalbiais. Prizas dar nebuvo įteiktas.
Pramoninio cheminio taršos pašalinimas. Kadangi kiekvienas organinių maisto produktų atomas yra naudojamas galutiniame produkte arba nukreipiamas į tinkamai supakuotas atliekas, į aplinką neišskiriami teršiantys atomai. Pavyzdžiui, iš natūralių anglių deginant išsiskiria tokie teršalai kaip sieros dioksidas, azoto oksidai, ore esančios fizinės dalelės ir gyvsidabris. Sukurti dirbtinį kurą, kuris pašalina šalutinius produktus arba paverčia juos nepavojinga forma, būtų sveikiau ir pigiau.

Nanotechnologijų pavojai ir rizika

Net nanotechnologijų šalininkai, tokie kaip Burchas ir Drexleris, supranta, kad ji gali pakenkti ir sunaikinti žmoniją, jei ši technologija yra nekontroliuojama ar neteisingai nukreipta. Šis galimas kenksmingas poveikis apima:

Per didelis gyventojų skaičius. Vyresnių nei 80 metų žmonių mirštamumas nuo septintojo dešimtmečio sumažėjo maždaug 1,5% per metus. Robertas Freitas, jaunesnysis, siūlo, kad pažangumas nanotechnologijose pašalintų visas genetines ligas ir sulėtintų senėjimą, „padidindamas žmonių sveikatos būklę bent dešimteriopai“. Jei ilgaamžiškumo padidėjimas nesumažins gimimų, žmonių giminė plėsis eksponentiškai, didindama visuomenės įtampą ir galimai išeikvodama išteklius.
Padidėjęs nusikalstamumas ir terorizmas. Cheminiai ir biologiniai ginklai gali tapti labiau mirtini ir lengviau paslėpti ar sekti, ypač jei juos galima įsigyti juodojoje rinkoje arba juos galima pagaminti namų gamykloje. Nanofaktoriai teoriškai galėtų gaminti intelektualų priešpėstinį ginklą, vabzdžio dydžio, galintį nešti mirtiną botulizmo dozę. Tokių ginklų, kurie gali nužudyti kiekvieną planetos žmogų, skaičių buvo galima supakuoti į vieną lagaminą.
Neprilygstamumas tarp kruopų ir turimų daiktų. Tikėtina, kad nanotechnologijų plėtra iš pradžių bus brangi, todėl jas apsaugo patentų, įstatymų ir antikonkurencinių kliūčių sluoksniai. Atitinkamai tikėtina, kad mažesnių išlaidų nauda bus tik technologijos savininkams. Skurdas ir pajamų skirtumai gali būti labiau perdėti, todėl gali kilti socialiniai neramumai.
Konfliktai dėl religinių įsitikinimų ir gyvenimo būdo. Visame pasaulyje produktai yra uždrausti arba ribojami remiantis religiniais ar moraliniais principais, kurių nebūtinai turi dauguma. Pavyzdžiui, ginklai Didžiojoje Britanijoje, alkoholis musulmonų visuomenėse ir pramoginiai narkotikai įvairiose šalyse. Galimybė gaminti draudžiamus produktus asmeninėse nanofaktorijose galėtų sukelti sutrikimus tose visuomenėse.
„Pilka Goo.„ Kai kurie mokslininkai yra susirūpinę, kad savarankiškai besikartojantys nanofaktoriai gali būti nesėkmingi, valgydami biosferą beprotiškai stengdamiesi pasidaryti neribotas savęs kopijas. Kaip antisocialinis elgesys yra nenugalimas tam tikram procentui gyventojų - tai patvirtina egzistuojančių kompiuterinių virusų skaičius - neatsakingi žmonės ir grupės greičiausiai imsis savarankiškų replikacijų nanofaktoriuose, taip padidindami nelaimių tikimybę..

Galutinis žodis

Rizikos kapitalo įmonės „Draper Fisher Jurvetson“ generalinis direktorius Steve'as Jurvetsonas tvirtina, kad nanotechnologijų ateitis yra ne „jei“, o „kada“ klausimas. Joshas Wolfe'as, „Lux Capital“ įkūrėjas ir „Forbes“ / „Wolfe Nanotech Report“ redaktorius, sutinka, sakydamas, kad viskas - drabužiai, maistas, automobiliai, būstas, vaistai, ryšių priemonės, oras, kurį kvėpuojame, ir vanduo, kurį geriame - bus „ esminiai ir esminiai pokyčiai. Dėl to pasikeis ir socialinė bei ekonominė pasaulio struktūra. “

Ar nanotechnologijos bus „filosofo akmuo“, galintis įvykdyti kiekvieną norą, ar Pandoros dėžutės atidarymas, paleisdamas neįsivaizduojamus sunkumus ir siaubą žmogaus gyvenimui, kaip mes jį žinome?