Timbalan Pengarah Pusat Foresight Institut Penyelidikan Statistik dan Ekonomi Pengetahuan di Sekolah Tinggi Ekonomi Universiti Penyelidikan Nasional Alexander Chulok membaca di Central Park of Culture and Leisure yang dinamakan sempena. Kuliah Gorky mengenai kemajuan saintifik dan teknologi serta kesannya terhadap manusia. Sebagai tambahan kepada topik pembangunan teknologi, Stocking bercakap tentang kemunculan pasaran baharu dan kematian pasaran lama, serta masalah yang berkaitan dengan proses ini.
Sebagai tindak balas kepada soalan "bagaimana untuk meneka masa depan sekarang?" Saya perlu mengecewakan anda: ini hampir mustahil. Namun, masa depan boleh dibentuk seperti yang kita inginkan. Ekonomi jangkaan telah tiba, yang sebahagian besarnya disebabkan oleh keperluan asas baharu dan pendekatan baharu untuk bekerja dengan maklumat. Sekarang saya akan bercakap secara ringkas mengenai perubahan penting yang menanti kita dalam 20 tahun akan datang dalam sektor utama ekonomi.
Perubatan dan penjagaan kesihatan
Kesihatan adalah perkara pertama yang membimbangkan seseorang. Di Rusia, terdapat trend yang semakin ketara ke arah menjaga keadaan fizikal seseorang: semua orang mahu menjadi cergas, cantik, atletik dan, sudah tentu, sihat. Terdapat trend yang jelas ke arah pemperibadian dalam penjagaan kesihatan.
Saya akan tunjukkan kepada anda dengan contoh ini. Perkembangan perubatan akan memungkinkan untuk menyesuaikan rejimen rawatan kepada orang tertentu berdasarkan pentafsiran genomnya (sudah set "asas" berharga 100 euro, tetapi apa yang akan berlaku apabila kos menurun sepuluh kali ganda?), analisis persekitarannya, bagaimana dia hidup, apa yang bernafas. Pada masa akan datang, bukannya ubat standard, rejimen rawatan individu akan dijual, mengikut mana, katakan, anda perlu bangun pada pukul 6 pagi, tidur sehingga pukul 9, pastikan untuk makan strawberi dan dalam keadaan apa pun tidak berada di bawah sinar matahari sebelum 10 pm di Turki, tetapi jika ia adalah matahari Mesir - maka tidak ada soalan.
Alexander Chulok
Foto: hse.ru
Soalan berasingan ialah sama ada pesakit akan mematuhi rejimen rawatan yang diperlukan? Kebanyakan orang mengambil pil, katakan, bukan selama lima hari, seperti yang sepatutnya, tetapi selama tiga dan berhenti - ia membantu, mengapa terus mengambilnya? Dalam kes penyakit kronik, hampir setiap orang kedua mengabaikan arahan doktor. Cip mikro yang boleh ditanam akan membolehkan anda melupakan jadual untuk mengambil ubat dan mengoptimumkan dosnya.
Saya harap kita akan melihat akhir pemeriksaan perubatan tradisional: tidak perlu pergi ke klinik untuk menjalani ujian, gelang pergelangan tangan khas akan memantau keadaan badan. Sudah ada peranti mudah alih yang merekodkan berpuluh-puluh penunjuk biometrik yang berbeza.
Adakah syarikat farmaseutikal besar bersedia untuk perubahan sedemikian? Jelas sekali mereka perlu menyesuaikan diri. Serta farmasi, yang dalam bentuk semasa mereka juga tidak lagi diperlukan, kerana seseorang akan dapat mencetak sebarang ubat pada pencetak 3D rumah.
Perkembangan percetakan 3D dikaitkan dengan trend seterusnya - penggantian organ. Tahun lepas, seorang wanita tua di Belgium telah digantikan rahangnya dengan dicetak pada pencetak 3D. Berita itu kemudiannya tersebar dengan cepat ke seluruh dunia, tetapi secara keseluruhan operasi itu menelan belanja kira-kira satu juta euro. Dalam 20 tahun, ramai orang akan mempunyai beberapa jenis organ bercetak di dalam badan mereka. Sekarang mereka sudah mencetak paru-paru, buah pinggang, mata.
Percubaan untuk "memperbaiki" apa yang sudah "pecah" akan menjadi perkara yang lepas; doktor tidak akan berkata, jika anda sakit, kemudian datang. Perubatan yang kini berkembang di Amerika Syarikat, Jerman, dan Israel adalah perubatan pencegahan. Tugas asasnya adalah untuk mencegah penyakit, dan bukan untuk merawat akibatnya.
Memperbaiki sifat manusia adalah satu lagi trend yang berkembang pesat dalam bidang perubatan. Kini terdapat penggabungan teknologi nano, bio, maklumat dan kognitif yang memungkinkan untuk menguatkan seseorang secara radikal, mengoptimumkan ciri intelek dan fizikalnya secara literal di luar gerak hati pereka yang paling cemerlang. Beberapa tahun yang lalu, kongres ahli futurologi telah diadakan di bandar Lucerne Switzerland, yang mengatakan bahawa menjelang 2045 seseorang akan mendapat keabadian, dan pemikiran akan dihantar dari orang ke orang, yang boleh membawa kepada pembentukan komuniti baru.
Sekarang bayangkan gambar ini: seorang lelaki berusia 120 tahun yang melepasi GTO lebih baik daripada berusia tiga puluh tahun, berlari merentas desa dan otaknya berfungsi lima kali lebih baik dan mempunyai pengalaman sepuluh kali ganda. Majikan akan mengupahnya, dan bukan lelaki muda, yang masih perlu belajar banyak. Apa yang perlu dilakukan oleh loafers berusia 30 tahun? Dan ini adalah cabaran global. Banyak negara telah memikirkan perkara ini secara serius.
Sekarang terdapat banyak analisis berdasarkan analisis data rangkaian sosial, ada yang bercakap tentang kawalan mereka. Tetapi bagaimana anda akan mengawal pemikiran anda? Sebagai contoh, jika sebelum ini di beberapa negara Eropah, apabila anda ditangkap pada rakaman yang dibuat oleh kamera bandar, anda boleh meminta anda dipotong daripadanya, sekarang apakah yang akan anda potong? Satelit? Antara muka? Facebook atau Buku Minda?
Jelas sekali bahawa teknologi akan semakin mempengaruhi situasi geopolitik: jika sesebuah negara tidak "sesuai" dengan gelombang teknologi baharu dan tidak menyediakan rakyatnya dengan kualiti hidup yang tinggi, ia berisiko kehilangan lapisan kreatif yang paling aktif, berdenyut dengan idea.
Sistem maklumat dan telekomunikasi
Kita sedang menyaksikan penembusan teknologi maklumat dan telekomunikasi (ICT) yang pesat dan menyeluruh. Siapa sangka 70 tahun dahulu kita akan bercakap menggunakan kotak kecil? Kini hampir semua orang berjalan-jalan dengan telefon bimbit, sesetengahnya dengan telefon pintar dalam bentuk gelang. Jarak antara peranti dan badan manusia ialah 2-3 sentimeter. Dan ia mengecut; pada masa hadapan, peranti hanya akan masuk ke bawah kulit. Sedikit lagi dan kita akan mempunyai antara muka otak-komputer.
Foto: Jordi Boixareu / Zumapress / Global Look
Kini sukar untuk membayangkan bagaimana realiti maya dan realiti tambahan akan mengubah pemikiran kita. Masyarakat kita akan hancur - kita akan mendengar syarahan, duduk dalam cermin mata realiti maya di negara ini, semasa berada di bilik maya atau sekolah. Kini, terima kasih kepada perkhidmatan seperti Coursera, anda boleh menonton kursus yang sangat baik dalam hampir semua bidang pengetahuan. Dan buat masa ini anda hanya mendengar webinar, tetapi pada masa hadapan teknologi akan muncul yang membolehkan anda berada di dalam bilik maya ini.
Sebagai contoh, pasaran untuk teknologi realiti tambahan dalam pembedahan adalah kira-kira $5 bilion, dan ini hanyalah satu aplikasi. Sudah ada prototaip topi keledar yang membolehkan anda mendapatkan maklumat terkini dan lengkap tentang objek dalam pembinaan: siapa yang menciptanya, berapa kosnya dan masalah yang mungkin dihadapinya. Ini adalah tahap analisis, pengurusan dan kawalan yang sama sekali berbeza.
Masanya akan tiba untuk kilang digital sepenuhnya. Sebagai contoh, Amazon.com tidak mempunyai seorang pun dalam gudangnya; robot bertanggungjawab untuk hampir semua proses. Kami hanya mempunyai beberapa contoh percubaan yang jarang berlaku untuk mencipta produksi sedemikian. Jelas sekali bahawa kesan penyebaran mereka akan setara dengan teknologi telegraf untuk dunia surat merpati. Dunia sedang beralih ke penyelesaian platform, ini adalah paradigma pengeluaran yang sama sekali berbeza, dan kami, sebagai contoh, semua cuba mewujudkan perbincangan yang disatukan di negara ini mengenai pencetak 3D, sementara di luar negara mereka telah lama dijual di kedai khusus, atau membincangkan panel solar, dan perkembangan telah pun muncul bateri solar telus. Langkah seterusnya ialah menggantikan tingkap dengannya dan bergerak ke arah rumah yang bebas tenaga sepenuhnya. Dan jika ia juga disambungkan ke grid pintar - sistem tenaga teragih pintar, maka ia juga akan mula melepaskan tenaga ke dalam rangkaian, dengan itu mencapai keseimbangan positif. Berapa banyak yang anda bayar untuk elektrik? Sekarang bayangkan bahawa wang ini akan dibayar kepada anda.
Tenaga
Kemungkinan besar, sektor tenaga masa depan akan menjadi autonomi, pintar, mesra alam dan menyesuaikan diri dengan keperluan manusia. Ramai orang mempunyai bateri luaran yang mengecas peranti mudah alih, tetapi filem kini telah dibangunkan yang membolehkan anda mengecas telefon anda dalam beberapa minit. Pada masa akan datang, baterinya akan bertahan bukan 3-4 hari, tetapi sebulan atau dua, tahun.
Trend seterusnya dalam tenaga adalah segala-galanya bebas. Di Amerika, teknologi askar autonomi telah berkembang selama beberapa dekad, mengecas peralatan hanya dengan berjalan kaki. Sekarang bayangkan bahawa anda berada dalam sejenis "kepompong tenaga"; anda disambungkan melalui sut atau peranti khas ke rangkaian pengagihan kuasa am. Ia akan menjadi mungkin untuk menukar tenaga secara langsung. Peranti storan rumah Tesla yang diperkenalkan baru-baru ini hanyalah langkah pertama. Ia sangat mahal dan belum begitu berkesan, tetapi kejayaan besar dalam sektor tenaga dijangkakan.
Dalam pandangan jauh klasik, adalah lazim untuk mengkaji bukan sahaja trend yang paling mungkin berlaku, tetapi juga peristiwa yang kebarangkalian berlakunya adalah minimum, tetapi jika ia berlaku, maka "kad liar" sedemikian tidak akan berguna untuk sesiapa. Salah satu daripada "wildcard" yang tidak menyenangkan ini ialah kemalangan di Fukushima; beberapa orang menjangkakannya, tetapi kesannya sangat besar. Kini ramai yang menganalisis kesan pembangunan teknologi yang boleh diakses untuk mengekstrak metana daripada gas hidrat, syal dan pengeluaran minyak daripada medan yang tidak konvensional. Tetapi ini semua adalah peristiwa dalam zon pandangan jauh pengurusan kami, tetapi bagaimana jika kita mencipta sumber tenaga kecil yang cekap, murah, "hijau", dan pada masa yang sama, contohnya reaktor mini nuklear? Kesan mereka terhadap rantaian nilai sedia ada akan menjadi sangat besar.
Pengangkutan
Teknologi pengangkutan akan memberikan kesan pemampatan ruang. Malangnya, infrastruktur Rusia masih bertindak sebagai penghalang yang kuat kepada perkembangan trend ini di negara kita. Tetapi saya benar-benar ingin menghabiskan hujung minggu di Kamchatka atau Baikal. Semasa kami memikirkan rancangan pembinaan jalan raya, kereta api berkelajuan tinggi China serius menyasarkan untuk memecahkan halangan 1,000 kilometer sejam menggunakan teknologi leviti magnetik.
Kenderaan moden, sudah tentu, akan beroperasi bukan sahaja di darat, tetapi juga di udara, dan ada yang mungkin melampaui atmosfera. Banyak negara sudah membangunkan "lif angkasa". Pembangunan sistem tether, termasuk pembangunan "lif angkasa," akan memungkinkan untuk menukar orbit kapal angkasa, memindahkan kargo antara stesen orbit, melancarkan kapal angkasa kecil dan menghantar muatan ke orbit. Penghalang utama di sini ialah kabel itu sendiri, yang tidak boleh menahan lif, tetapi beratnya sendiri. Serat setebal rambut mesti tahan satu tan (kini 500-600 kilogram). Untuk membuat kabel sedemikian, nanoteknologi diperlukan. Mereka akan mencipta revolusi sebenar dalam banyak industri.
Pembuatan, sains dan pendidikan
Kini kami cuba memperkenalkan teknologi aditif - percetakan 3D, dan ia akan digantikan dengan pemasangan sendiri molekul - ini adalah teknologi yang lebih maju. Di peringkat molekul, ia akan menjadi mungkin untuk mengumpul apa sahaja. Menggunakan kilang nano, adalah mungkin untuk mencipta sesuatu, produk; pada masa akan datang, seekor lembu tidak diperlukan untuk menghasilkan susu. Teknologi ini adalah pembunuh pencetak 3D.
Implan rahang bercetak 3D
Foto: uhasselt.be
Masalah utama dalam semua perkara pintar (rangkaian pintar, bandar, rumah, perniagaan, dll.) ialah pemodelan. Dan di sini ahli matematik kami datang untuk menyelamatkan. Di sini negara kita pasti mempunyai peluang untuk mencapai kedudukan utama dalam pasaran. Walau bagaimanapun, kami memerhatikan corak yang menarik: sebaik sahaja penyelidik meningkatkan tahap petikan, pertalian dan pertaliannya dengan satu atau universiti lain sering berubah: jika dalam karya awalnya ia menunjukkan bahawa orang itu berasal dari Rusia, maka dalam karya kemudiannya - bang! - sudah beberapa universiti Amerika.
China mengikuti jalan ini. Orang Cina membeli profesor berdasarkan indeks petikan mereka, bersama keluarga mereka, dan memberi mereka gaji yang sama seperti di Amerika. Mereka memberitahu mereka: "bekerja, tetapi hak untuk harta intelek yang dicipta akan menjadi milik PRC." Sekarang ada kereta China, pesawat China - semuanya dibuat di China.
Kami membelanjakan kira-kira $15 bilion setahun untuk sains, manakala Amerika Syarikat membelanjakan $450 bilion. Jika anda melihat pengedaran dalam sains dunia, terdapat sangat sedikit daripada kita di sana. Dan detik sebegitu. Terdapat kaedah yang dipanggil "analisis bidang penyelidikan". Jika saintis lain tiba-tiba mula aktif memetik penyelidik yang bekerja di kawasan tertentu, ini bermakna bahawa dalam bidang sains inilah kejayaan boleh dicapai. Tetapi jika penerbitan di luar negara, katakan, mengenai perubatan, berkaitan secara langsung dengan biokimia, kimia, fizik, kejuruteraan, maka dalam penerbitan saintis Rusia hampir tidak ada sambungan sedemikian. Bidang sains utama kami ialah astronomi.
Sebagai program pendidikan Saya memetik bahan dari N.V. Rebrov adalah pelajar Universiti Teknikal Donetsk kebangsaan, yang, dengan cara itu, sedang ditembak oleh "pengawal negara" Ukraine dengan senjata berat atas arahan Kyiv Yahudi:
PERHIMPUNAN DIRI DALAM NANOTEKNOLOGI
Di antara pelbagai pendekatan yang menjanjikan untuk pembentukan struktur nano, nanoteknologi menggunakan organisasi diri menjadi semakin penting. Diandaikan bahawa organisasi diri akan memungkinkan untuk mencipta struktur nano daripada atom individu sebagai teknologi "bawah ke atas". Pemasangan sendiri molekul, berbeza dengan pendekatan nanoteknologi "atas ke bawah", contohnya, litografi, di mana struktur nano yang dikehendaki muncul daripada bahan kerja yang lebih besar, adalah komponen penting dalam pendekatan "bawah ke atas", di mana struktur nano yang dikehendaki. adalah hasil daripada sejenis pengaturcaraan bentuk dan kumpulan berfungsi molekul.
Apakah struktur nano yang boleh dibina menggunakan teknologi ini? Kami bercakap tentang bahan yang berbeza, kerana teknologi ini memungkinkan untuk mencipta peranti, membentuknya daripada atom dan molekul, menggunakan proses penyusunan diri seperti cara alam menggunakannya. Secara semula jadi, sistem yang serupa sebenarnya wujud dan proses yang serupa berlaku. Contoh yang paling menarik ialah contoh pemasangan objek biologi kompleks berdasarkan maklumat yang direkodkan dalam DNA (lihat Rajah 1).
Rajah 1 — Contoh pemasangan sendiri bagi struktur biologi
Seperti dahulu? Kami mengambil, katakan, sekeping besi dan membuat tukul daripadanya, hanya mengeluarkan semua yang tidak perlu (teknologi atas-bawah). Nanoteknologi dalam masa terdekat akan memungkinkan untuk membuat produk dari bahan dari awal, dan tidak semestinya perlu menambahkan atom ke atom "secara manual"; kita akan dapat menggunakan fenomena organisasi diri, pemasangan sendiri struktur nano dan peranti nano. Pada masa yang sama, agak sukar untuk menjangkakan bahawa manipulasi tiruan bagi objek nano individu untuk tujuan pemasangan bahan "manual" adalah mungkin pada tahap nano. Ini belum lagi praktikal (lambat dan memerlukan banyak kerja). Oleh itu, penyusunan diri mungkin merupakan cara semula jadi untuk mendapatkan bahan nano.
Perhimpunan sendiri(eng. pemasangan sendiri) ialah istilah untuk menerangkan proses akibat sistem yang tidak teratur, terima kasih kepada interaksi setempat komponen sistem yang khusus, menjadi keadaan tersusun.
Pemasangan sendiri boleh menjadi statik dan dinamik. Dalam kes pemasangan diri statik, sistem penganjur menghampiri keadaan keseimbangan, mengurangkan tenaga bebasnya. Dalam kes pemasangan diri dinamik, adalah lebih tepat untuk menggunakan istilah tersebut organisasi diri.
Penyusunan diri dalam istilah klasik boleh digambarkan sebagai organisasi unit molekul yang spontan dan boleh diterbalikkan ke dalam struktur yang teratur melalui interaksi bukan kovalen. Spontan bermaksud bahawa interaksi yang bertanggungjawab untuk pembentukan sistem pemasangan sendiri berlaku pada skala tempatan; dengan kata lain, struktur nano membina sendiri.
Di bawah keadaan tertentu, objek mikro atau nano sendiri mula berbaris dalam bentuk struktur tersusun. Tiada percanggahan dengan undang-undang asas alam di sini - sistem dalam kes ini tidak terpencil, dan objek nano tertakluk kepada beberapa pengaruh luar. Walau bagaimanapun, kesan ini tidak ditujukan kepada zarah tertentu, seperti yang berlaku semasa pemasangan atas ke bawah, tetapi pada semua sekali. Anda tidak perlu membina struktur yang diperlukan secara manual, meletakkan nanoobjek pada titik yang diperlukan dalam ruang satu demi satu - syarat yang dibuat adalah sedemikian rupa sehingga nanoobjek melakukan ini sendiri dan pada masa yang sama. Proses yang menggunakan penciptaan syarat khas sedemikian dipanggil proses pemasangan sendiri, dan mereka sudah memainkan peranan penting dalam banyak bidang sains dan teknologi.
Untuk komponen pemasangan sendiri, semua yang diperlukan adalah untuk seseorang meletakkannya secukupnya dalam tabung uji dan membenarkannya secara automatik memasang ke dalam konfigurasi yang diingini mengikut sifat semula jadinya.
Sehingga kini, tatasusunan tersusun dua dimensi dan tiga dimensi bagi Pt, Pd, Ag, Au, Fe, Co nanokristal, Fe-Pt, aloi Au-Ag, CdS/CdSe, CdSe/CdTe, Pt/Fe, Pd/Ni struktur nano, dsb. telah disintesis d. Di samping itu, untuk nanopartikel anisotropik, adalah mungkin untuk mencapai pembentukan tatasusunan yang dipesan secara orientasi. Nanozarah bersaiz seragam boleh "dipasang" ke dalam struktur tersusun mengikut ruang, iaitu "benang" satu dimensi, lapisan padat dua dimensi, tatasusunan tiga dimensi atau kelompok "kecil". Jenis organisasi nanozarah dan struktur tatasusunan yang terhasil bergantung pada keadaan sintesis, diameter zarah, dan sifat pengaruh luaran pada struktur.
Hari ini, pelbagai kaedah pemasangan sendiri diketahui yang memungkinkan untuk mendapatkan struktur tertib yang berguna daripada zarah mikro. Untuk mewujudkan keadaan khas di mana pemasangan sendiri berlaku dalam sistem tertentu, graviti, medan elektrik atau magnet, daya kapilari, bermain pada kebolehbasahan-tidak-kebolehbasahan komponen sistem dan teknik lain boleh digunakan. Pada masa ini, proses pemasangan sendiri mula digunakan secara aktif dalam pengeluaran.
Intipati fenomena perhimpunan diri
Sains moden mempunyai sejumlah besar bahan fakta daripada pemerhatian eksperimen fenomena pemasangan diri. Terutama mengagumkan adalah pemerhatian pemasangan sendiri objek biologi, khususnya kerja Klug pada pemasangan virus tumbuhan, yang telah dianugerahkan Hadiah Nobel 1982. Kajian eksperimen tentang pemasangan sendiri kebanyakannya bersifat penerokaan dan memberikan pengetahuan yang luas tentang bagaimana ini berlaku. Persoalan mengapa ini berlaku dengan cara ini dan bukan sebaliknya adalah cabaran kepada sains semula jadi moden.
Mari kita pertimbangkan senario pemasangan virus bacteriophage T4 yang dipelajari dengan baik, yang diterangkan dalam semua buku teks dan yang merupakan objek klasik untuk mengkaji pemasangan diri. Versi ringkas senario ditunjukkan dalam Rajah. 2. 54 jenis protein terlibat dalam perhimpunan, yang, secara ketat dalam urutan tertentu, diagregatkan menjadi subagregat pelbagai peringkat dan kemudian subagregat dipasang menjadi zarah virus yang lengkap, termasuk lebih daripada seribu molekul protein. Tidak masuk akal untuk memodelkan proses hierarki bercabang yang diselaraskan dengan baik ini menggunakan konsep stokastik molekul berlanggar secara rawak.
Rajah 2 — Senario untuk pemasangan bakteriofaj T4
Tidak ada keraguan bahawa proses pemasangan virus adalah deterministik dan boleh dikawal, dan untuk memahami sepenuhnya proses ini adalah perlu untuk menentukan cara penentuan dan mekanisme kawalan. Pemikiran saintifik pada separuh kedua abad kedua puluh terpesona dengan penciptaan komputer dan penemuan sistem untuk mengawal sintesis protein. Kedua-dua sistem adalah sama dari segi ideologi dan merangkumi prinsip kawalan tertumpu. Pembawa kawalan tertumpu ialah sistem tanda - bahasa kawalan imperatif linear. Adalah wajar bahawa percubaan pertama untuk memodelkan secara matematik proses pemasangan diri dan pembiakan diri dibuat dalam kerangka teori automata, contohnya oleh von Neumann. Walau bagaimanapun, data pemerhatian eksperimen tidak mengesahkan kesahihan model tersebut. Proses pemasangan sendiri tidak sesuai dengan skema kawalan tertumpu.
Data eksperimen membolehkan kami menegaskan bahawa dalam proses pemasangan sendiri tidak ada elemen kawalan dan dalam bentuk tidak ada sistem tanda yang menerangkan susunan perbuatan pemasangan atau susunan susunan elemen dalam struktur produk pemasangan sendiri . Kekhususan fenomena pemasangan sendiri ialah proses itu sudah pasti ditentukan, tetapi mekanisme penentuan tidak sesuai dengan kaedah kawalan tertumpu yang mudah dan difahami.
Pemasangan sendiri ialah pelaksanaan kaedah kawalan teragih, di mana fungsi kawalan dilaksanakan dalam struktur dalaman elemen yang mengambil bahagian dalam proses, dan maklumat kawalan yang menentukan proses diedarkan merentasi semua elemen. Akibatnya, pembawa penentuan dalam kawalan teragih ialah sistem tanda khusus yang berbeza secara radikal daripada bahasa linear imperatif yang paling mudah, seperti bahasa komputer atau sistem protein DNA. Tugas utama mengkaji pemasangan diri adalah untuk menentukan logik hubungan antara elemen dan pencarian sistem tanda, pembawa kawalan teragih.
Mari kita pertimbangkan senario pemasangan diri hipotesis yang memenuhi keperluan untuk melaksanakan kawalan teragih. Beberapa langkah senario digambarkan dalam Rajah.3.
Rajah 3 - Senario hipotesis interaksi unsur
Mari kita anggap bahawa pemasangan struktur paling ringkas, tiub, melibatkan dua jenis molekul: sfera dan amphora. Kami menganggap hanya aspek logik pemasangan diri dan belum lagi melibatkan asas fizikokimia interaksi dalam penerangan. Sfera dan amphora adalah abstraksi yang dikurniakan kapasiti untuk beberapa aktiviti montaj yang dipostulatkan. "Kunci gabungan" abstraksi dimasukkan ke dalam elemen. Tindakan pemasangan hanya boleh dilakukan jika kod kunci sepadan. Amfora dan bola mempunyai kunci kombinasi K1 dan K2 yang berbeza, jadi dalam langkah pemasangan pertama dua bola saling bersambung. Akibatnya, subunit dengan kunci kombinasi K2 yang baru terbentuk. Seterusnya, sebuah amphora dengan kunci gabungan K2 dilabuhkan ke sub-unit dan sub-unit "gigi" dengan kunci gabungan K3 terbentuk. Seterusnya, cakera dibina daripada gigi sebagai sektor, dan cakera dipasang ke dalam tiub. Untuk membina senario sedemikian, adalah perlu untuk membuat postulat prosedur untuk tindakan asas perhimpunan.
Mari kita takrifkan tindakan asas perhimpunan sebagai prosedur yang terdiri daripada empat langkah:
.pengaktifan kunci gabungan;
.carian dan penumpuan dua elemen dengan kod kunci yang sepadan;
.pengaktifan kunci
.memadamkan aktiviti mereka, membentuk kunci gabungan baharu untuk meneruskan proses.
Oleh itu, pada setiap langkah pemasangan, tindakan pemasangan ditentukan oleh keadaan kunci gabungan, dan pelaksanaan akta pemasangan berakhir dengan penjanaan kod baharu dan kunci baharu.
Sehingga kini, terdapat alat matematik yang boleh menerangkan aspek logik proses pemasangan diri. Sistem pengeluaran penstriman memenuhi keperluan untuk sistem tanda yang menyokong kawalan teragih dan boleh, pada tahap logik, bertindak sebagai penentu proses pemasangan sendiri. Tugasan seterusnya ialah kerja bersama dengan ahli kimia fizikal dan ahli biologi untuk membina sistem pengeluaran aliran yang mensimulasikan senario sebenar pemasangan sendiri objek tertentu pada tahap logik. Ini akan diikuti dengan pencarian unsur-unsur sistem pengeluaran aliran dalam struktur fizikal dan kimia unsur-unsur yang mengambil bahagian dalam pemasangan sendiri. Kesediaan terbesar untuk program sedemikian adalah dalam bidang penyelidikan virus tumbuhan. .
Jika ada yang berpendapat bahawa pelajar Universiti Donetsk N.V. Rebrov menulis karut di sini, saya memetik bahan yang saya baca 20 tahun lalu dan yang saya petik dalam buku saya "Geometri Kehidupan" .
Terdapat pemerhatian yang sangat penting dari Kesatuan Soviet mengenai "pemasangan automatik" struktur organik. Ahli akademik V.A. Engelhardt(1894-1984).
Inilah yang dia tulis tentang fenomena ini dalam artikel "Mengenai beberapa sifat kehidupan: hierarki, integrasi, "pengiktirafan."(Artikel itu diterbitkan dalam koleksi: "Falsafah, sains semula jadi, kemodenan", Moscow, "Mysl", 1981).
"Fenomena "pengiktirafan" dan pada masa yang sama integrasi dalam bentuk yang sangat jelas, hampir dapat dilihat secara visual (jika anda menggunakan bantuan mikroskop elektron) dinyatakan dalam proses yang dipanggil pemasangan sendiri struktur supramolekul, seperti virus dan fag, ribosom atau zarah enzim dengan struktur kompleks . Sebilangan besar proses seperti ini telah dikaji secara terperinci. Mereka pada dasarnya bermuara pada fakta bahawa jika objek kompleks, berbilang komponen diuraikan secara buatan menjadi bahagian komponennya dengan satu atau lain teknik lembut, diasingkan antara satu sama lain, dan kemudian dicampur dalam perkadaran yang betul dan keadaan yang menggalakkan dicipta, maka ia akan secara spontan. berhimpun semula ke dalam integriti asal mereka. Kegunaannya dengan mudah dan sangat meyakinkan dibuktikan oleh fakta bahawa bukan sahaja struktur morfologi asalnya dipulihkan, tetapi juga sifat biologi spesifiknya, contohnya, aktiviti pemangkin dalam enzim, sifat berjangkit dalam virus, dll.
Bagaimanakah anda semua, kawan-kawan, memahami perjalanan proses yang diterangkan? "pengiktirafan" Dan perhimpunan diri struktur molekul menjadi sesuatu yang "keseluruhan" dan pada masa yang sama animasi, animasi(!), tidak boleh dibayangkan tanpa proses interaksi maklumat dan tenaga dunia mikro dengan makrokosmos. Bagaimana proses maklumat dan interaksi tenaga antara hasil dunia makro dan mikro ini diterangkan dengan jelas oleh saintis Soviet, Profesor Alexander Leonidovich Chizhevsky (1897-1964), pencipta sains baru - " Heliobiologi".
“Proses pembangunan dunia organik bukanlah proses yang bebas, autochthonous, tertutup dengan sendirinya, tetapi adalah hasil daripada tindakan faktor darat dan kosmik, di mana yang terakhir adalah yang paling penting, kerana ia menentukan keadaan persekitaran daratan.Pada bila-bila masa tertentu, dunia organik berada di bawah pengaruh persekitaran kosmik dan paling sensitif mencerminkan dalam dirinya sendiri, dalam fungsinya, perubahan atau turun naik yang berlaku dalam persekitaran kosmik. Kita boleh membayangkan pergantungan ini dengan mudah jika kita ingat bahawa walaupun perubahan kecil dalam suhu Matahari kita sepatutnya melibatkan perubahan yang paling hebat dan luar biasa di seluruh dunia organik. Dan terdapat banyak faktor penting seperti suhu: persekitaran ruang membawa kepada kita beratus-ratus daya berbeza yang sentiasa berubah dan turun naik dari semasa ke semasa. Sinaran elektromagnet sahaja, yang datang dari Matahari dan bintang, boleh dibahagikan kepada sejumlah besar kategori, berbeza antara satu sama lain dalam panjang gelombang, jumlah tenaga, tahap kebolehtelapan dan banyak sifat lain..."
Saya hanya boleh menambah: serupa dengan bagaimana orang dilahirkan di Alam mengikut prinsip "perhimpunan sendiri" pelbagai virus dan fag, juga mengikut prinsip "pemasangan diri" di lautan siaran dunia, yang dianggap betul oleh orang bijak purba buaian kehidupan dan medium pengagihan haba dan cahaya, semua kehidupan secara umum dilahirkan. Apabila memahami maklumat ini, saya akan mengesyorkan mengambil kira fakta itu generasi spontan bentuk kehidupan yang kompleks di bumi berlaku sesekali dan proses evolusi ini, nampaknya, dikaitkan dengan malapetaka pada skala global, contohnya, seperti perubahan kutub Bumi atau kejatuhan asteroid gergasi ke Bumi. Secara semula jadi, tiada apa yang berlaku secara kebetulan, semuanya adalah semula jadi, oleh itu, mana-mana proses global semestinya berkaitan dengan sesuatu yang lain proses global. Dan apabila sesuatu sedang nazak pada skala planet atau bahkan kosmik, sesuatu yang lain telah lahir pada masa yang sama.
Pemasangan diri molekul
Perhimpunan Sendiri Molekul
Pemasangan diri molekul
Proses menggabungkan molekul untuk membentuk ikatan kovalen sebagai sebahagian daripada prosedur kimia tertentu yang dikawal oleh parameter stereokimia tindak balas dan ciri konformasi perantaraan. Kes sempadan yang menarik ialah antara pemasangan sendiri molekul (kovalen) dan supramolekul semasa pembentukan fullerene dalam wap karbon pada suhu tinggi, khususnya C60 dan C70, dan bahan berkaitan, seperti, contohnya, tiub nano karbon lanjutan. Walaupun, secara tegasnya, ini adalah contoh pembentukan ikatan kovalen yang tidak boleh diterbalikkan, dalam keadaan yang melampau seperti itu, pembentukan boleh balik ikatan kovalen walaupun kuat adalah mungkin, yang sedikit sebanyak menjadikannya serupa dengan interaksi supramolekul yang lebih lemah yang berlaku dalam keadaan normal.
Pemasangan sendiri kovalen fullerene dan tiub nano karbon dalam keadaan yang melampau.
. V.V. Arslanov. 2009.
Lihat apa "pengumpulan diri molekul" dalam kamus lain:
perhimpunan diri- Istilah himpunan sendiri Istilah dalam bahasa Inggeris pemasangan sendiri Sinonim Singkatan Istilah berkaitan bahan nano biomimetik, ikatan hidrogen, kapsid, lapisan nano, lapisan tunggal yang dipasang sendiri, kimia supramolekul, pemangkinan supramolekul, templat...
Pemasangan Sendiri Molekul Pemasangan sendiri molekul Proses menggabungkan molekul untuk membentuk ikatan kovalen sebagai sebahagian daripada prosedur kimia tertentu yang dikawal oleh parameter stereokimia tindak balas dan konformasi ... ... Kamus penjelasan Inggeris-Rusia mengenai nanoteknologi. - M.
Nanoengineering- (dari nano dan kejuruteraan) aktiviti manusia saintifik dan praktikal dalam reka bentuk, pembuatan dan penggunaan objek atau struktur bersaiz nano (berstruktur nano), serta objek atau struktur yang dicipta oleh kaedah nanoteknologi. Dalam... ... Wikipedia
Nanoteknologi- (Nanoteknologi) Kandungan Kandungan 1. Takrif dan istilah 2.: sejarah asal usul dan perkembangan 3. Peruntukan asas Mengimbas mikroskop probe Nanomaterials Nanopartikel Penyusunan diri nanopartikel Masalah pembentukan... ... Ensiklopedia Pelabur
USSR. Sains semula jadi- Matematik Penyelidikan saintifik dalam bidang matematik mula dijalankan di Rusia pada abad ke-18, apabila L. Euler, D. Bernoulli dan saintis Eropah Barat yang lain menjadi ahli Akademi Sains St. Petersburg. Mengikut rancangan Peter I, ahli akademik adalah orang asing... ...
Fibrin- (dari fibra Latin - serat) protein molekul tinggi yang terbentuk daripada Fibrinogen dalam plasma darah di bawah tindakan enzim Thrombin; mempunyai bentuk gentian licin atau bergaris silang, gumpalan yang membentuk asas trombus semasa pembekuan... ... Ensiklopedia Soviet yang Hebat
Ribosom- zarah intrasel yang menjalankan biosintesis protein; R. terdapat dalam sel semua organisma hidup tanpa pengecualian: bakteria, tumbuhan, dan haiwan; setiap sel mengandungi ribuan atau puluhan ribu R. Bentuk R. adalah hampir dengan ... ... Ensiklopedia Soviet yang Hebat
Baev, Alexander Alexandrovich- Alexander Alexandrovich Baev Tarikh lahir: 28 Disember 1903 (10 Januari 1904) (1904 01 10) Tempat lahir: Chita, Empayar Rusia Tarikh kematian: 31 Disember 1994 ... Wikipedia
monolayers yang dipasang sendiri- Istilah monolayers dipasang sendiri Istilah dalam bahasa Inggeris monolayers dipasang sendiri Sinonim Singkatan SAM Istilah berkaitan amphiphilic, interaksi van der Waals, nanolayer Definisi monolayers molekul amphiphilic yang terbentuk pada ... ... Kamus Ensiklopedia Nanoteknologi
kimia supramolekul- Istilah kimia supramolekul Istilah dalam bahasa Inggeris kimia supramolekul Sinonim Singkatan Istilah berkaitan biomimetik, interaksi van der Waals, ikatan hidrogen, interaksi hidrofobik, interaksi penderma-penerima, ... ... Kamus Ensiklopedia Nanoteknologi
Nanozarah adalah zarah yang lebih kecil daripada 100 mikron. Aliran moden ke arah pengecilan telah menunjukkan bahawa bahan boleh mempunyai sifat baru sepenuhnya jika anda mengambil zarah yang sangat kecil bahan ini. Zarah bersaiz antara 1 hingga 100 nanometer biasanya dirujuk sebagai "nopartikel." Sebagai contoh, ternyata nanopartikel beberapa bahan mempunyai sifat pemangkin dan penjerapan yang sangat baik. Bahan lain menunjukkan sifat optik yang menakjubkan, contohnya, filem ultra-nipis bahan organik digunakan untuk membuat sel solar. Bateri sedemikian, walaupun ia mempunyai kecekapan kuantum yang agak rendah, adalah lebih murah dan boleh fleksibel secara mekanikal. Ia adalah mungkin untuk mencapai interaksi nanozarah tiruan dengan objek bersaiz nano semula jadi - protein, asid nukleik, dll. Nanozarah yang dimurnikan dengan teliti boleh berhimpun sendiri ke dalam struktur tertentu. Struktur ini mengandungi nanopartikel yang dipesan dengan ketat dan juga sering mempamerkan sifat luar biasa. Nanoobjek dibahagikan kepada 3 kelas utama: zarah tiga dimensi yang diperolehi oleh letupan konduktor, sintesis plasma; objek dua dimensi - filem yang dihasilkan oleh pemendapan molekul, CVD, ALD, dan kaedah pemendapan ion; objek satu dimensi - misai (objek ini diperoleh dengan kaedah lapisan molekul, memasukkan bahan ke dalam mikropori silinder). Pada masa ini, hanya kaedah mikrolitografi telah digunakan secara meluas, yang memungkinkan untuk mendapatkan objek pulau rata dengan saiz 50 nm pada permukaan matriks; ia digunakan dalam elektronik; Kaedah CVD dan ALD digunakan terutamanya untuk mencipta filem mikron. Kaedah lain digunakan terutamanya untuk tujuan saintifik. Terutama yang patut diberi perhatian ialah kaedah pelapisan ionik dan molekul, kerana dengan bantuan mereka adalah mungkin untuk mencipta monolayer sebenar. Nanoteknologi- bidang antara disiplin sains dan teknologi asas dan gunaan, berurusan dengan satu set justifikasi teori, kaedah praktikal penyelidikan, analisis dan sintesis, serta kaedah pengeluaran dan penggunaan produk dengan struktur atom tertentu melalui manipulasi terkawal atom individu dan molekul . Bahan nano- bahan yang dibangunkan berdasarkan nanopartikel dengan ciri unik yang timbul daripada saiz mikroskopik komponennya. Karbon nanotiub ialah struktur silinder lanjutan dengan diameter dari satu hingga beberapa puluh nanometer dan panjang sehingga beberapa sentimeter, yang terdiri daripada satu atau lebih satah grafit heksagon yang digulung ke dalam tiub dan biasanya berakhir dengan kepala hemisfera. Fullerene ialah sebatian molekul yang tergolong dalam kelas bentuk alotropik karbon. Graphene ialah satu lapisan atom karbon yang diperolehi pada Oktober 2004 di Universiti Manchester. Graphene boleh digunakan sebagai pengesan molekul. Nanolitografi kaedah yang paling penting untuk mencipta peranti dengan dimensi nanometer. Kaedah ini boleh digunakan untuk mencipta litar elektronik, litar memori berkapasiti tinggi dan penderia. Perubatan nano- pengesanan, pembetulan, reka bentuk dan kawalan sistem biologi manusia pada peringkat molekul, menggunakan peranti nano dan struktur nano. Nanobioelektronik) - bahagian elektronik dan nanoteknologi yang menggunakan biobahan dan prinsip pemprosesan maklumat oleh objek biologi dalam pengkomputeran untuk mencipta peranti elektronik. Pemasangan diri molekul- Hasilkan urutan DNA sewenang-wenangnya yang boleh digunakan untuk mencipta protein atau asid amino yang diperlukan.
Penemuan itu, yang mewakili alat baharu asas dalam bidang nanoteknologi, dilaporkan dalam edisi Ogos jurnal berprestij Sains.
Darrin Pochan, penolong profesor sains bahan dan kejuruteraan di Universiti Delaware, dan Karen Wooley, Profesor Terhormat James S. McDonnell dalam Seni dan Sains di Universiti Washington di St. Louis, mengetuai pasukan penyelidikan. Penyelidikan itu disokong oleh geran daripada Yayasan Sains Kebangsaan kepada Kolaboratif Penyelidikan Antara Disiplin Nanoscale (NIRT).
Darrin Pochan ialah penolong profesor sains bahan dan kejuruteraan di Universiti Delaware.
Objek utama penyelidikan ialah kopolimer blok, iaitu molekul sintetik yang mengandungi dua atau lebih segmen berbeza secara kimia yang dikaitkan menjadi satu keseluruhan. Kopolimer blok digunakan untuk menghasilkan pelbagai bahan, seperti plastik, tapak kasut getah dan, lebih baru-baru ini, peranti storan mudah alih (“pemacu denyar”) untuk komputer.
"Kopolimer blok ialah molekul rantai panjang yang panjang unitnya, atau unit struktur (blok), berbeza secara kimia daripada yang lain," kata Pocan. - “Dalam kes kami, kami mengambil satu elemen yang menyukai air dan satu lagi yang tidak menyukainya. Oleh itu, apabila ia diletakkan dalam larutan, bongkah-bongkah yang tidak menyukai air itu cuba berada sejauh mungkin daripadanya, dan dengan itu anda boleh mendapatkan pelbagai jenis bentuk yang dipanggil micelles.
Sistem yang digunakan para saintis terdiri daripada kopolimer tri-blok yang terdiri daripada asid poliakrilik, polimetil akrilat dan polistirena, yang dimasukkan ke dalam larutan tetrahidrofuran dan air, serta diamina organik. Teknologi itu sendiri adalah berdasarkan keupayaan ion bercaj bertentangan organik divalen dan campuran pelarut untuk memaksa kopolimer blok untuk disusun dalam corak khas, mewujudkan struktur satu dimensi serpentin tertentu.
Kebanyakan penyelidikan telah dijalankan menggunakan mikroskop berkuasa tinggi di Jabatan Mikroskopi Elektron Kolej Teknikal Delaware Universiti. Pasukan penyelidik dibantu oleh juruteknik Frank Criss.
Wooley, yang merupakan pakar dalam kimia polimer, dan Pochan, pakar dalam sains bahan, bertemu di persidangan penyelidikan dan membincangkan prospek projek mereka. Dia sedang mereka bentuk misel sfera untuk digunakan dalam penghantaran ubat dan radiologi, namun, dia mendapati pelajarnya menghasilkan bentuk yang berbeza dalam keadaan penyelesaian yang berbeza.
Imej struktur pasang siap satu dimensi yang dicipta oleh pasukan penyelidik dari Universiti Delaware dan Universiti Washington di St. Louis menggunakan mikroskop elektron penghantaran.
Walaupun fakta bahawa makmal mereka terletak hampir 1,500 km, para saintis mendakwa bahawa kerja penyelidikan mereka adalah "kerjasama sinergi yang hebat."
"Dalam dunia pemasangan sendiri nanoteknologi, ia sangat menggoda untuk mencipta sesuatu yang tidak berbentuk sfera," kata Pocan. “Jika anda menyuntik manik kecil ubat ke dalam aliran darah, organ tubuh manusia dan sistem imun akan menyingkirkannya dalam masa kira-kira sehari. Jika anda meletakkan molekul dalam silinder yang panjang dan fleksibel, ia boleh kekal di dalam badan selama berminggu-minggu,” kata Pocan.
Mengubah bentuk misel membolehkan ubat itu dihantar ke dalam tubuh manusia dalam tempoh masa yang panjang, yang berpotensi membenarkan penghantaran tertunda ubat kemoterapi suntikan tunggal, kata Pochan.
"Dengan menggantikan bentuk bola dengan bentuk silinder, anda boleh menghantar dua, atau tiga, atau empat ubat yang berbeza, diberikan dengan satu suntikan, ke bahagian badan yang berlainan: satu ke satu tapak, dan yang lain ke tapak lain, semua dengan satu perhimpunan sendiri ", kata Pochan.
Walaupun penyelidikan masih jauh dari aplikasi praktikal, penemuan yang dibuat oleh pasukan telah memungkinkan untuk mendapatkan teknologi asas baharu untuk membina struktur nano "dari bawah ke atas."
"Ini semua mengenai reka bentuk bahan dan struktur nano yang ringkas," kata Pocan. "Matlamat utama adalah untuk mereka bentuk molekul dengan semua peraturan dan semua maklumat yang mereka perlukan untuk membentuk bentuk dan saiz yang anda mahukan. Kemudian anda membuangnya ke dalam air dan melihat apa yang keluar, dengan harapan ia akan menjadi struktur nano kompleks yang anda inginkan.
Memang kelakar, tetapi apabila Pochan menamatkan sekolah siswazah bertahun-tahun yang lalu, dia fikir dia sudah selesai dengan kopolimer blok.
"Saya kini bekerja berdasarkan apa yang dilakukan semasa tahun siswazah pada tahun sembilan puluhan mengenai getah dan plastik," katanya. "Bagaimanapun, jika anda melihat kopolimer blok sebagai ejen pemasangan sendiri, terdapat lebih banyak aplikasi yang berpotensi daripada getah untuk lantai batang atau plastik," kata Pochan.
"Kita boleh menggunakan molekul yang sama, tetapi membinanya secara berbeza, supaya kita boleh mendapatkan sesuatu yang berguna daripada bidang berteknologi tinggi," katanya. "Sungguh luar biasa bagaimana fesyen penyelidikan kembali dan kegunaan baharu ditemui untuk 'alat lama'."