Nanoteknolojinin getirdiği kaçınılmaz devrime her geçen gün biraz daha yaklaşıyoruz. Yeni cihazlar yaratıyoruz, daha önce hiç düşünmediğimiz benzersiz malzemeler elde ediyoruz. Nanoteknolojinin günlük yaşamda kullanılması, aşina olduğumuz nesnelerin şeklini değiştirmeyi mümkün kılmıştır. Bunun sonucunda maddenin tamamen farklı ama faydalı özelliklerini elde ettik. Çevremizdeki gerçeklik daha az tehlikeli ve rahat bir yaşam için daha uygun hale geliyor. Bunun iyi bir örneği: kullanılmış elektrikli cihazların alışılagelmiş boyutlarının, insan gözünün göremeyeceği nanopartiküllerin boyutuna indirilmesi. Bilgisayarlar küçülüyor ama çok daha güçlü hale geliyor. Günlük yaşamda ve endüstride nanoteknoloji etrafımızdaki her şeyi önemli ölçüde değiştirmeyi mümkün kıldı.
Tüm ihtiyaçlarımızı karşılayabilecek bir yapay zeka biçimi yaratmak mümkün mü? Cevap, en son gelişmelerin rasyonel uygulanmasında yatmaktadır. Nanoteknoloji hayatımızın her alanına dokunduğu için geleceğin yoludur. Nanoteknolojinin kullanımı birçok fırsat sunmakta ancak aynı zamanda bazı endişeleri de beraberinde getirmektedir.
Nanodünyaya açılan pencere
Elektron mikroskobu mikro dünyaya bakmanıza olanak tanır. Özel ekipman olmadan nanoteknolojinin günlük yaşamda hemen fark edilmesi çok zordur, çünkü o kadar küçüktür ki çıplak gözle ayırt edilemezler. Maddeler en olağandışı ve beklenmedik özellikleri sergileyen ölçeklerdedir. Bu tür özelliklerin kullanılması benzersiz bir teknolojik devrim vaat ediyor. İnsan vücudunu ve çevreyi kontrol etmek gibi radikal yeni olanaklar sağlıyorlar.
Nanoteknolojinin tarihi
Her şey 20. yüzyılın 80'li yıllarında tarama (STM) adı verilen bir aletin icadıyla başlıyor. Profesör James Dzimzewski tüm profesyonel yaşamını nano ölçekli dünyada geçirdi. Kendisi dünyada milimetrenin milyonda biri gibi inanılmaz derecede küçük miktarlardaki maddeyi inceleme fırsatına sahip olan ilk insanlardan biridir. Bu mikroskoplar, yüzeyi körlerin okuduğu şekilde incelemenize olanak tanır. O zaman hiç kimse nanoteknolojinin günlük yaşamda ve endüstride ne kadar yararlı olacağından şüphe edemezdi.
Nanopartiküllerle çalışma prensibi
Tarama mikroskobu, 1 atom kalınlığında bir iğne olan bir prob kullanır. Numunenin sadece birkaç nanometre yakınına geldiğinde, elektronlar en yakındaki nanoparçacıkla değiştirilir. Bu olaya tünel etkisi denir. Kontrol sistemi, tünel akımının büyüklüğündeki değişiklikleri kaydeder ve artık bu bilgiye dayanarak, incelenen numunenin yüzey topografyasının daha doğru bir şekilde oluşturulması gerçekleştirilir. Yazılım, elde edilen verilerin bir görüntüye dönüştürülmesine olanak tanıyor ve bu da bilim insanlarına nanoteknolojiyi günlük yaşamda ve diğer endüstrilerde kullanan yeni bir dünyanın anahtarını veriyor.
James Dzimzewski'ye göre bilim insanları, taramalı elektron mikroskobu sayesinde ilk kez atom ve moleküllerin görüntülerini alıp şekillerini inceleyebildiler. Bu bilimde gerçek bir devrimdi, çünkü bilim adamları geçmişte olduğu gibi milyonlarca ve milyarlarca parçacığın değil, tek tek atomların özelliklerine dikkat ederek birçok şeye tamamen farklı bakmaya başladılar.
İlk keşifler
Yeni teknolojilerin kullanımı inanılmaz bir keşfe yol açtı. Cihaz bir atomun 1 nanometre yakınına geldiğinde atomla arasında bir bağ oluştu. Bu özellik, bireysel mikropartikülleri hareket ettirmenin bir yolunu bulmayı mümkün kıldı. Bu keşif sayesinde nanoteknolojiyi konforlu bir yaşam için kullanmak mümkün hale geldi.
California Üniversitesi'nden profesör James Dzhimzewski'nin açıkladığı gibi, tünel tarama mikroskobu pratikte moleküllere ve atomlara dokunmayı mümkün kıldı. Bilim insanları ilk kez maddenin yüzeyindeki atomları manipüle edebildi ve daha önce hayal bile edilemeyen yapılar yaratmayı başardı.
Bu yeni keşfedilen keşif (maddeyi oluşturan küçük parçacıkları gözlemleme ve manipüle etme yeteneği), nanoteknolojinin istisnasız tüm endüstrilerde kullanılmasını mümkün kılmıştır.
Nanoteknoloji gelişimi
Fizikçi ve filozof Etin Klin, nanoteknoloji yoluyla teknolojik bir atılım olasılığının oldukça gerçek olduğuna, ancak bunun birçok açıdan bilim insanının coşkusuna dayandığına inanıyor.
Fizikçi ve filozof Etin Klin'in söylediği gibi, atomların varlığının deneysel olarak doğrulandığı andan, onları manipüle etmenin mümkün olduğu ana kadar 100 yıldan az bir süre geçti. Bilim adamlarına daha önce hiç düşünmeyecekleri fırsatlar açılıyor. Ancak bu sayede tüm gelişmiş ülkelerin hükümetleri ilgili bilimlere ilgi göstermeye başladı. Her şey 2002 yılında fizikçiler Roca ve Benbridge tarafından başlatılan bir Amerikan girişimiyle başladı. Bu bilim adamları, insanlığın karşılaştığı tüm sorunları nanoteknoloji sayesinde çözebileceği yönünde çılgın bir fikir ortaya attılar.
Bu açıklama, mikroelektronik, bilgisayar bilimi, nükleer enerji araştırmaları, mikrobiyoloji, lazer teknolojisi, tıp ve çok daha fazlası gibi ileri bilim ve teknoloji alanlarının uygulanmasını mümkün kılan çok sayıda çalışmanın başlatılmasına ivme kazandırdı.
Nanoteknoloji: örnekler
Günlük yaşamda varlığından şüphelenmediğimiz o kadar çok görünmez ama çok önemli madde var ki! En çarpıcı örneklere bakalım:
- Diş macunu. Daha önce kimse diş temizleyicilerinin neden farklı olduğunu düşünmemişti. Bunların hepsi belirli nanopartiküllerin varlığıyla açıklanmaktadır. Örneğin çıplak gözle görülemeyen kalsiyum hidroksiapatit, hasar görmüş diş minesinin onarılmasına ve dişlerin çürüklerden korunmasına yardımcı olur.
- Araba boyası. Modern araba boyaları nanopartiküller sayesinde gövdede oluşan sığ çizikleri ve diğer boşlukları kapatabilmektedir. Bu etkiyi sağlayan mikroskobik toplar içerirler.
Nanoteknoloji, teorik gerekçelendirme, pratik araştırma, analiz ve sentez yöntemlerinin yanı sıra, bireysel verilerin kontrollü manipülasyonu yoluyla belirli bir atom yapısına sahip ürünlerin üretimi ve kullanımına yönelik yöntemlerin birleşimiyle ilgilenen temel ve uygulamalı bilim ve teknoloji alanıdır. atomlar ve moleküller.
Hikaye
Başta İngilizce olmak üzere pek çok kaynak, daha sonra nanoteknoloji olarak adlandırılacak yöntemlerin ilk kez bahsini, Richard Feynman'ın 1959'da California Teknoloji Enstitüsü'nün yıllık toplantısında yaptığı ünlü "There's Plenty of Room at the Bottom" konuşmasıyla ilişkilendirir. Amerikan Fizik Derneği. Richard Feynman, uygun büyüklükte bir manipülatör kullanarak tek atomları mekanik olarak hareket ettirmenin mümkün olduğunu, en azından böyle bir sürecin bugün bilinen fizik yasalarıyla çelişmeyeceğini öne sürdü.
Bu manipülatörün şu şekilde yapılmasını önerdi. Kendisinin bir kopyasını yaratacak, yalnızca bir kat daha küçük bir mekanizma inşa etmek gerekiyor. Oluşturulan daha küçük mekanizma, yine kendisinin bir kopyasını, daha küçük bir büyüklük sırasını oluşturmalı ve mekanizmanın boyutları bir atom düzeyindeki boyutlarla orantılı olana kadar böyle devam etmelidir. Bu durumda, makrokozmosta etki eden yerçekimi kuvvetlerinin etkisi giderek azalacağından ve moleküller arası etkileşim kuvvetleri ve van der Waals kuvvetlerinin işleyişini giderek daha fazla etkileyeceğinden, bu mekanizmanın yapısında değişiklik yapılması gerekecektir. mekanizma.
Son aşama - ortaya çıkan mekanizma, kopyasını tek tek atomlardan birleştirecektir. Prensip olarak, bu tür kopyaların sayısı sınırsızdır; kısa sürede isteğe bağlı sayıda bu tür makineler oluşturmak mümkün olacaktır. Bu makineler makro şeyleri aynı şekilde, atomik montaj yoluyla bir araya getirebilecek. Bu, işleri çok daha ucuz hale getirecek - bu tür robotlara (nanorobotlara) yalnızca gerekli sayıda molekül ve enerji verilmesi ve gerekli öğeleri bir araya getirmek için bir program yazılması gerekecek. Şimdiye kadar hiç kimse bu olasılığı çürütemedi, ancak henüz kimse bu tür mekanizmaları yaratmayı başaramadı. Bu olasılığın teorik olarak incelenmesi sırasında, nanorobotların Dünya'nın tüm biyokütlesini emeceğini ve kendi kendini yeniden üretme programını ("gri yapışkan madde" veya "gri bulamaç" olarak adlandırılan) yürüteceğini varsayan varsayımsal kıyamet senaryoları ortaya çıktı.
Atomik seviyedeki nesnelerin çalışılabileceğine dair ilk varsayımlar, Isaac Newton'un 1704'te yayınlanan “Opticks” kitabında bulunabilir. Kitapta Newton, gelecekteki mikroskopların bir gün "parçacıkların sırlarını" keşfedebileceğine dair umudunu dile getiriyor.
Nanoteknoloji terimi ilk kez 1974 yılında Norio Taniguchi tarafından kullanıldı. Bu terimi birkaç nanometre boyutunda ürünlerin üretimini tanımlamak için kullandı. Bu terim 1980'lerde Eric K. Drexler tarafından Engines of Creation: The Coming Era of Nanoteknoloji ve Nanosistemler: Moleküler Makine, Üretim ve Hesaplama kitaplarında kullanıldı.
Nanoteknoloji ne yapabilir?
Nanoteknolojinin atılım vaat ettiği alanlardan bazıları şunlardır:
İlaç
Nanosensörler hastalıkların erken teşhisinde ilerleme sağlayacak. Bu iyileşme şansınızı artıracaktır. Kanseri ve diğer hastalıkları yenebiliriz. Eski kanser ilaçları sadece hastalıklı hücreleri değil sağlıklı hücreleri de yok ediyordu. Nanoteknoloji sayesinde ilaç doğrudan hastalıklı hücreye ulaştırılacak.
DNA nanoteknolojisi– DNA'nın spesifik bazlarını ve nükleik asit moleküllerini kullanarak, bunların temelinde açıkça tanımlanmış yapılar oluşturun. İlaç moleküllerinin endüstriyel sentezi ve açıkça tanımlanmış bir formun (bis‑peptitler) farmakolojik preparatları.
2000'li yılların başında, nano boyutlu parçacıkların üretilmesi teknolojisindeki hızlı ilerleme sayesinde, yeni bir nanoteknoloji alanının geliştirilmesine ivme kazandırıldı - nanoplazmonikler. Plazmon salınımlarının uyarılmasını kullanarak elektromanyetik radyasyonun bir metal nanopartikül zinciri boyunca iletilmesinin mümkün olduğu ortaya çıktı.
Yapı
Bina yapılarının nanosensörleri, yapıların sağlamlığını izleyecek ve bütünlüklerine yönelik tehditleri tespit edecek. Nanoteknoloji kullanılarak inşa edilen nesneler, modern yapılardan beş kat daha uzun süre dayanabilmektedir. Evler, sakinlerin ihtiyaçlarına uyum sağlayacak, onları yazın serin, kışın ise sıcak tutacak.
Enerji
Petrol ve gaza daha az bağımlı olacağız. Modern güneş panellerinin verimliliği yaklaşık %20'dir. Nanoteknolojinin kullanılmasıyla 2-3 kat büyüyebilmektedir. Çatı ve duvarlardaki ince nanofilmler evin tamamına enerji sağlayabilir (tabii ki yeterli güneş varsa).
Makine Mühendisliği
Tüm hantal ekipmanların yerini robotlar (kolayca kontrol edilen cihazlar) alacak. Atom ve molekül düzeyinde her türlü mekanizmayı yaratabilecekler. Makinelerin üretiminde sürtünmeyi azaltabilecek, parçaları hasardan koruyabilecek ve enerji tasarrufu sağlayabilecek yeni nanomalzemeler kullanılacak. Nanoteknolojinin kullanılabileceği (ve kullanılacağı!) alanların hepsi bunlar değil. Bilim insanları, nanoteknolojinin ortaya çıkışının, 21. yüzyılda dünyayı büyük ölçüde değiştirecek yeni bir Bilimsel ve Teknik Devrimin başlangıcı olduğuna inanıyor. Ancak nanoteknolojinin gerçek uygulamaya çok hızlı girmediğini belirtmekte fayda var. Pek çok cihaz (çoğunlukla elektronik) “nano” olarak çalışmaz. Bunun nedeni kısmen nanoteknolojinin fiyatının yüksek olması ve nanoteknoloji ürünlerinin getirisinin düşük olmasıdır.
Muhtemelen yakın gelecekte nanoteknolojinin yardımıyla, günümüzün otomatik, ancak yönetimi zor ve hantal ekipmanlarının yerini başarıyla alacak yüksek teknolojili, mobil, kolay kontrol edilebilir cihazlar oluşturulacaktır. Örneğin zamanla bilgisayar kontrollü biyorobotlar mevcut büyük pompa istasyonlarının işlevlerini yerine getirebilecek.
- DNA bilgisayarı– DNA moleküllerinin bilgi işlem yeteneklerini kullanan bir bilgi işlem sistemi. Biyomoleküler hesaplama, şu veya bu şekilde DNA veya RNA ile ilgili çeşitli tekniklerin ortak adıdır. DNA hesaplamasında veriler sıfırlar ve birler şeklinde değil, DNA sarmalı temelinde inşa edilmiş bir moleküler yapı biçiminde temsil edilir. Yazılımın verileri okuma, kopyalama ve yönetme rolü özel enzimler tarafından gerçekleştirilir.
- Atomik kuvvet mikroskobu– bir konsol iğnesinin (prob) incelenen numunenin yüzeyi ile etkileşimine dayanan yüksek çözünürlüklü bir taramalı prob mikroskobu. Taramalı tünelleme mikroskobundan (STM) farklı olarak, hem iletken hem de iletken olmayan yüzeyleri bir sıvı tabakası aracılığıyla bile inceleyebilir, bu da organik moleküllerle (DNA) çalışmayı mümkün kılar. Atomik kuvvet mikroskobunun uzaysal çözünürlüğü, konsolun boyutuna ve ucunun eğriliğine bağlıdır. Çözünürlük yatay olarak atomik seviyeye ulaşır ve dikey olarak onu önemli ölçüde aşar.
- Anten-osilatör– 9 Şubat 2005 tarihinde Boston Üniversitesi laboratuvarında yaklaşık 1 mikron boyutlarında bir anten-osilatör elde edildi. Bu cihazın 5.000 milyon atomu var ve 1,49 gigahertz frekansında salınma kapasitesine sahip, bu da onun çok büyük miktarda bilgi iletmesine olanak tanıyor.
İnanılmaz potansiyele sahip 10 nanoteknoloji
Bazı kanonik buluşları hatırlamaya çalışın. Muhtemelen birileri artık bir tekerleği, birileri bir uçağı, birileri de bir iPod'u hayal etmişti. Kaçınız tamamen yeni nesil bir nanoteknolojinin icadı hakkında düşündünüz? Bu dünya çok az araştırılmıştır, ancak bize gerçekten harika şeyler verebilecek inanılmaz bir potansiyele sahiptir. Şaşırtıcı bir şey: bilim insanları bu alanda çok daha erken çalışmaya başlamış olsa da nanoteknoloji alanı 1975 yılına kadar mevcut değildi.
İnsan çıplak gözü, boyutu 0,1 milimetreye kadar olan nesneleri tanıyabilir. Bugün 100.000 kat daha küçük olan 10 icattan bahsedeceğiz.
Elektriksel olarak iletken sıvı metal
Elektrik kullanılarak, galyum, iridyum ve kalaydan oluşan basit bir sıvı metal alaşımı, bir Petri kabının içinde karmaşık şekiller veya rüzgar daireleri oluşturacak şekilde yapılabilir. Terminatör 2'de görebildiğimiz ünlü T-1000 serisi cyborg'un yaratıldığı malzemenin bu olduğu bir dereceye kadar olasılık dahilinde söylenebilir.
"Yumuşak alaşım, hareket ettiği değişen çevre alanını dikkate alarak gerektiğinde kendini deforme edebilen akıllı bir şekil gibi davranıyor. Bu projede yer alan araştırmacılardan biri olan Tsinghua Üniversitesi'nden Jin Li, tıpkı popüler bir bilim kurgu filmindeki bir cyborg'un yapabileceği gibi" diyor.
Bu metal biyomimetiktir, yani kendisi biyolojik bir madde olmasa da biyokimyasal reaksiyonları taklit eder.
Bu metal elektrik deşarjları ile kontrol edilebilir. Bununla birlikte, bu metal alaşımının her damlasının ön ve arka kısmı arasındaki basınç farkından kaynaklanan ortaya çıkan yük dengesizliği nedeniyle kendisi bağımsız olarak hareket etme yeteneğine sahiptir. Her ne kadar bilim insanları bu sürecin kimyasal enerjiyi mekanik enerjiye dönüştürmenin anahtarı olabileceğine inansa da, moleküler malzeme yakın zamanda şeytani siborglar inşa etmek için kullanılmayacak. Tüm "sihirli" süreç yalnızca bir sodyum hidroksit çözeltisi veya tuzlu su çözeltisinde gerçekleşebilir.
Nanoplastiler
York Üniversitesi'nden araştırmacılar, gerekli tüm ilaçları herhangi bir iğne veya şırınga kullanmadan vücuda dağıtacak şekilde tasarlanacak özel yamalar geliştirmek üzerinde çalışıyor. Boyutları oldukça normal olan yamalar elinize yapıştırılarak belirli dozda ilaç nanopartiküllerinin (saç köklerine nüfuz edecek kadar küçük) vücudunuza iletilmesi sağlanır. Nanopartiküller (her biri 20 nanometreden küçük) zararlı hücreleri kendileri bulacak, öldürecek ve doğal süreçler sonucunda diğer hücrelerle birlikte vücuttan atılacaktır.
Bilim adamları gelecekte bu tür nanoyamaların dünyadaki en korkunç hastalıklardan biri olan kansere karşı mücadelede kullanılabileceğini belirtiyor. Bu gibi durumlarda tedavinin ayrılmaz bir parçası olan kemoterapinin aksine, nanoyamalar sağlıklı hücrelere dokunmadan kanser hücrelerini tek tek bulup yok edebilecek. Nanopatch projesine NanJect adı veriliyor. Geliştirilmesi, 2013 yılında henüz öğrenciyken fon toplamak amacıyla kitle kaynak kullanımı kampanyası kapsamında gerekli sponsorluğu alan Atıf Syed ve Zakaria Hussain tarafından yürütülüyor.
Su için nanofiltre
Bu film ince bir paslanmaz çelik ağ ile birlikte kullanıldığında, yağ itilir ve o bölgedeki su tamamen temiz kalır.
İlginç bir şekilde, bilim adamları doğanın kendisinden nanofilm yaratma konusunda ilham aldılar. Nilüfer olarak da bilinen nilüfer yaprakları, nanofilmin zıt özelliklerine sahiptir: Yağ yerine suyu iterler. Bu, bilim adamlarının bu şaşırtıcı bitkileri aynı derecede şaşırtıcı özellikleri nedeniyle ilk kez gözetlemesi değil. Bu, örneğin 2003 yılında süperhidrofobik malzemelerin yaratılmasıyla sonuçlandı. Nanofilme gelince, araştırmacılar nilüferlerin yüzeyini taklit eden ve onu özel bir temizlik maddesinin molekülleriyle zenginleştiren bir malzeme oluşturmaya çalışıyorlar. Kaplamanın kendisi insan gözüyle görülmez. Üretilmesi ucuz olacak: metrekare başına yaklaşık 1 dolar.
Denizaltılar için hava temizleyici
Mürettebat üyeleri dışında kimsenin ne tür hava denizaltı mürettebatının nefes alması gerektiğini düşünmesi pek olası değildir. Bu arada, bir yolculuk sırasında aynı havanın denizaltının hafif mürettebatından yüzlerce kez geçmesi gerektiğinden, havanın karbondioksitten arındırılmasının derhal yapılması gerekiyor. Havayı karbondioksitten temizlemek için çok hoş olmayan bir kokuya sahip olan aminler kullanılır. Bu sorunu çözmek için SAMMS (Mezogözenekli Desteklerde Kendiliğinden Düzenlenen Tek Katmanların kısaltması) adı verilen bir saflaştırma teknolojisi oluşturuldu. Seramik granüllerin içine yerleştirilen özel nanopartiküllerin kullanılmasını önermektedir. Madde, fazla karbondioksiti emdiği için gözenekli bir yapıya sahiptir. Farklı SAMMS saflaştırma türleri hava, su ve topraktaki farklı moleküllerle etkileşime girer, ancak bu saflaştırma seçeneklerinin tümü inanılmaz derecede etkilidir. Bu gözenekli seramik granüllerden sadece bir çorba kaşığı, bir futbol sahası büyüklüğündeki alanı temizlemeye yeterlidir.
Nanoiletkenler
Northwestern Üniversitesi'ndeki (ABD) araştırmacılar, nano ölçekte bir elektrik iletkeninin nasıl oluşturulacağını çözdüler. Bu iletken, elektrik akımını çeşitli zıt yönlerde iletecek şekilde yapılandırılabilen sert ve dayanıklı bir nanopartiküldür. Çalışma, bu tür nanoparçacıkların her birinin "akım redresörlerinin, anahtarların ve diyotların" çalışmasını taklit edebildiğini gösteriyor. Her 5 nanometre kalınlığındaki parçacık, pozitif yüklü bir kimyasalla kaplanmış ve negatif yüklü atomlarla çevrelenmiştir. Bir elektrik deşarjının uygulanması, nanopartiküllerin etrafındaki negatif yüklü atomları yeniden yapılandırır.
Bilim adamlarının bildirdiği gibi teknolojinin potansiyeli emsalsizdir. Buna dayanarak, "belirli bilgisayar bilişim görevlerine uyacak şekilde bağımsız olarak değişebilen" materyaller yaratmak mümkündür. Bu nanomateryalin kullanımı aslında geleceğin elektroniklerini “yeniden programlayacak”. Donanım yükseltmeleri, yazılım yükseltmeleri kadar kolay hale gelecektir.
Nanoteknoloji şarj cihazı
Bu şey oluşturulduğunda artık herhangi bir kablolu şarj cihazı kullanmanıza gerek kalmayacak. Yeni nanoteknoloji sünger gibi çalışıyor ancak sıvıyı emmiyor. Çevreden kinetik enerjiyi emer ve doğrudan akıllı telefonunuza yönlendirir. Teknoloji, mekanik stres altında elektrik üreten piezoelektrik malzemenin kullanımına dayanıyor. Malzeme, onu esnek bir süngere dönüştüren nanoskopik gözeneklerle donatılmıştır.
Bu cihazın resmi adı “nanojeneratör”dür. Bu tür nanojeneratörler bir gün gezegendeki her akıllı telefonun bir parçası ya da her arabanın kontrol panelinin bir parçası ve belki de her kıyafet cebinin bir parçası haline gelebilir; gadget'lar doğrudan bunun içinde şarj edilecektir. Ayrıca teknolojinin endüstriyel ekipmanlar gibi daha büyük ölçekte kullanılma potansiyeli de var. En azından bu muhteşem nanosüngeri yaratan Wisconsin-Madison Üniversitesi'nden araştırmacılar böyle düşünüyor.
Yapay retina
İsrailli şirket Nano Retina, doğrudan gözdeki nöronlara bağlanacak ve sinirsel modellemenin sonucunu beyne iletecek, retinanın yerini alacak ve insanlara görüşü geri kazandıracak bir arayüz geliştiriyor.
Kör bir tavuk üzerinde yapılan deney, projenin başarısı için umut verdi. Nanofilm tavuğun ışığı görmesini sağladı. Doğru, insanların görüşünü yeniden sağlamak için yapay bir retina geliştirmenin son aşaması hala çok uzakta, ancak bu yöndeki ilerleme sevinmekten başka bir şey olamaz. Nano Retina bu tür gelişmelerle ilgilenen tek şirket değil, ancak şu anda en umut verici, etkili ve uyarlanabilir teknoloji gibi görünüyor. Son nokta en önemlisi çünkü birinin gözüne entegre edilecek bir üründen bahsediyoruz. Benzer gelişmeler katı malzemelerin bu tür amaçlara uygun olmadığını göstermiştir.
Teknoloji nanoteknolojik düzeyde geliştirildiğinden metal ve tel kullanımını ortadan kaldırır ve simüle edilen görüntünün düşük çözünürlüğünün de önüne geçer.
Parlayan giysiler
Şangaylı bilim insanları, giyim üretiminde kullanılabilecek yansıtıcı iplikler geliştirdiler. Her bir ipliğin temeli, özel nanopartiküller, bir elektrominesans polimer tabakası ve şeffaf nanotüplerden oluşan koruyucu bir kabuk ile kaplanmış çok ince bir paslanmaz çelik teldir. Sonuç, kendi elektrokimyasal enerjilerinin etkisi altında parlayabilen çok hafif ve esnek ipliklerdir. Aynı zamanda geleneksel LED'lere göre çok daha düşük güçte çalışırlar.
Teknolojinin dezavantajı ipliklerin "ışık rezervinin" hala yalnızca birkaç saat için yeterli olmasıdır. Ancak malzemenin geliştiricileri, ürünlerinin "kaynağı"nı en az bin kat artırabileceklerine iyimser bir şekilde inanıyor. Başarılı olsalar dahi bir başka eksikliğin çözümü hala belirsizliğini koruyor. Bu tür nano-ipliklere dayalı kıyafetleri yıkamak büyük olasılıkla imkansız olacaktır.
İç organların restorasyonu için nanoiğneler
Yukarıda bahsettiğimiz nanoplasterler özellikle iğnelerin yerini alacak şekilde tasarlanmıştır. Ya iğnelerin boyutu yalnızca birkaç nanometre olsaydı? Eğer öyleyse, ameliyat anlayışımızı değiştirebilirler veya en azından önemli ölçüde geliştirebilirler.
Son zamanlarda bilim insanları fareler üzerinde başarılı laboratuvar testleri gerçekleştirdiler. Araştırmacılar, minik iğneler kullanarak, nükleik asitleri kemirgenlerin vücutlarına vererek organların ve sinir hücrelerinin yenilenmesini destekleyerek, kayıp performansı geri getirmeyi başardılar. İğneler görevlerini yerine getirirken vücutta kalırlar ve birkaç gün sonra tamamen çürürler. Aynı zamanda bilim insanları, bu özel nanoiğneleri kullanarak kemirgenlerin sırt kaslarındaki kan damarlarını onarmaya yönelik operasyonlar sırasında herhangi bir yan etki bulamadılar.
İnsan vakalarını dikkate alırsak, bu tür nanoiğneler, örneğin organ naklinde gerekli ilaçları insan vücuduna vermek için kullanılabilir. Özel maddeler nakledilen organın etrafındaki çevre dokuları hızlı iyileşmeye hazırlayacak ve reddedilme olasılığını ortadan kaldıracaktır.
3 boyutlu kimyasal baskı
Illinois Üniversitesi kimyageri Martin Burke, kimyanın Willy Wonka'sıdır. Çeşitli amaçlar için bir "yapı malzemesi" molekülleri koleksiyonu kullanarak, her türden "şaşırtıcı ve aynı zamanda doğal özelliklere" sahip çok sayıda farklı kimyasal yaratabilir. Örneğin bu tür maddelerden biri, yalnızca çok nadir bir Peru çiçeğinde bulunabilen ratanindir.
Maddeleri sentezleme potansiyeli o kadar büyüktür ki, tıpta, LED diyotların, güneş pili hücrelerinin ve gezegendeki en iyi kimyagerlerin bile sentezlemesinin yıllar aldığı kimyasal elementlerin yapımında kullanılan moleküllerin üretilmesini mümkün kılacaktır.
Mevcut prototip 3D kimyasal yazıcının yetenekleri hala sınırlıdır. Sadece yeni ilaçlar yaratma yeteneğine sahip. Ancak Burke, bir gün muhteşem cihazının çok daha büyük yeteneklere sahip bir tüketici versiyonunu yaratabileceğini umuyor. Gelecekte bu tür yazıcıların bir nevi ev eczacısı görevi görmesi oldukça muhtemel.
Nanoteknoloji insan sağlığına ve çevreye tehdit oluşturuyor mu?
Nanopartiküllerin olumsuz etkileri hakkında fazla bilgi yoktur. 2003 yılında yapılan bir çalışma, karbon nanotüplerin fare ve sıçanların akciğerlerine zarar verebileceğini gösterdi. 2004 yılında yapılan bir araştırma, fullerenlerin balıklarda birikebileceğini ve beyin hasarına neden olabileceğini buldu. Ancak her iki çalışmada da olağandışı koşullar altında büyük miktarlarda madde kullanıldı. Uzmanlardan biri olan kimyager Kristen Kulinowski'ye (ABD) göre, "şu anda bunların insan sağlığına yönelik tehditleri hakkında hiçbir bilgi bulunmamasına rağmen, bu nanopartiküllere maruz kalmanın sınırlandırılması tavsiye edilebilir."
Bazı yorumcular nanoteknolojinin yaygın kullanımının sosyal ve etik risklere yol açabileceğini de öne sürdüler. Yani örneğin nanoteknolojinin kullanımı yeni bir sanayi devrimini başlatırsa bu durum iş kayıplarına yol açacaktır. Üstelik nanoteknoloji, insan kavramını değiştirebilir, çünkü kullanımı ömrün uzamasına ve vücudun dayanıklılığının önemli ölçüde artmasına yardımcı olacaktır. Kristen Kulinowski, "Cep telefonlarının ve İnternet'in yaygın biçimde benimsenmesinin toplumda çok büyük değişikliklere yol açtığını kimse inkar edemez" diyor. “Nanoteknolojinin önümüzdeki yıllarda toplum üzerinde daha büyük bir etki yaratmayacağını kim söyleyebilir?”
Nanoteknolojiyi geliştiren ve üreten ülkeler arasında Rusya'nın yeri
Nanoteknolojiye yapılan toplam yatırım açısından dünya liderleri AB ülkeleri, Japonya ve ABD'dir. Son dönemde Rusya, Çin, Brezilya ve Hindistan bu sektöre yatırımlarını ciddi oranda artırdı. Rusya'da, “2008-2010 yılları için Rusya Federasyonu'nda nano-endüstri altyapısının geliştirilmesi” programı kapsamındaki fon miktarı 27,7 milyar ruble olacak.
Londra merkezli araştırma firması Cientifica'nın Nanoteknolojiye Genel Bakış Raporu olarak adlandırılan son (2008) raporu, Rus yatırımını kelimesi kelimesine şöyle tanımlıyor: “AB, yatırım açısından hâlâ birinci sırada yer almasına rağmen, Çin ve Rusya, ABD'yi çoktan geride bıraktı. ”
Nanoteknolojide Rus bilim adamlarının dünyada ilk olduğu, yeni bilimsel eğilimlerin gelişmesine temel oluşturan sonuçlar elde ettiği alanlar var.
Bunların arasında ultra dağılmış nanomalzemelerin üretimi, tek elektronlu cihazların tasarımı, ayrıca atomik kuvvet ve taramalı prob mikroskobu alanındaki çalışmalar yer alıyor. Sadece XII St. Petersburg Ekonomi Forumu (2008) çerçevesinde düzenlenen özel bir sergide aynı anda 80 spesifik gelişme sunuldu. Rusya zaten piyasada talep gören bir dizi nano ürün üretiyor: nanomembranlar, nanotozlar, nanotüpler. Ancak uzmanlara göre Rusya, nanoteknolojik gelişmelerin ticarileştirilmesinde ABD ve diğer gelişmiş ülkelerin on yıl gerisinde kalıyor.
Sanatta nanoteknoloji
Amerikalı sanatçı Natasha Vita-Mor'un bir dizi eseri nanoteknoloji konularını ele alıyor.
Modern sanatta yeni bir yön ortaya çıktı: “nanoart” (nanoart) - sanatçının mikro ve nano boyutta (sırasıyla 10 −6 ve 10 −9 m) heykeller (kompozisyonlar) yaratmasıyla ilişkili bir sanat türü malzemelerin işlenmesinde kullanılan kimyasal veya fiziksel işlemlerin etkisi altında, elde edilen nano görüntülerin elektron mikroskobu kullanılarak fotoğraflanması ve siyah beyaz fotoğrafların bir grafik düzenleyicide işlenmesi.
Rus yazar N. Leskov'un “Sollu” (1881) adlı ünlü eserinde ilginç bir parça var: “Eğer” diyor, “beş milyonu büyüten daha iyi bir mikroskop olsaydı, o zaman tenezzül ederdin”. "Her at nalı üzerinde zanaatkarın adının yazıldığını görmek için: o at nalını hangi Rus usta yaptı" diyor. Nanoteknolojinin temel araçları sayılan modern elektron ve atomik kuvvet mikroskopları ile 5.000.000 kat büyütme sağlanmaktadır. Dolayısıyla edebiyat kahramanı Lefty, tarihteki ilk “nanoteknoloji uzmanı” olarak değerlendirilebilir.
Feynman'ın 1959'da verdiği "Orada Çok Yer Var" dersinde nanomanipülatörlerin nasıl oluşturulacağı ve kullanılacağına dair sunduğu fikirler, ünlü Sovyet yazar Boris Zhitkov'un 1931'de yayınlanan bilim kurgu hikayesi "Mikrorukki" ile neredeyse metinsel olarak örtüşüyor. Nanoteknolojinin kontrolsüz gelişiminin bazı olumsuz sonuçları M. Crichton (“Sürü”), S. Lem (“Yerinde Denetim” ve “Yeryüzünde Barış”), S. Lukyanenko (“Yapılacak Hiçbir Şey”) çalışmalarında anlatılmaktadır. Bölmek").
Yu. Nikitina'nın "Transman" romanının ana karakteri, bir nanoteknoloji şirketinin başkanı ve tıbbi nanorobotların etkilerini deneyimleyen ilk kişidir.
Bilim kurgu serisi Stargate SG-1 ve Stargate Atlantis'te, teknolojik açıdan en gelişmiş ırklardan bazıları, nanoteknolojinin çeşitli uygulamalarını kullanan ve açıklayan başarısız deneylerin bir sonucu olarak ortaya çıkan iki "çoğaltıcı" ırkıdır. Başrolünü Keanu Reeves'in paylaştığı The Day the Earth Stood Still'de, uzaylı bir uygarlık insanlığı ölüme mahkum ediyor ve yollarına çıkan her şeyi yiyip bitiren, kendi kendini kopyalayan nanoreplikant böceklerin yardımıyla neredeyse gezegendeki her şeyi yok ediyor.
Oluşturulma tarihi: 12/06/2012 10:45
Diş macunu
Kar beyazı dişlerinizi belirli bir macunla fırçalayın; kalsiyum hidroksiapatit bazlı mineral nanopartikülleri, emayedeki mikro çatlakları dolduracak ve dişlerinizi çürük çürüklerden koruyacaktır.
UV emici güneş kremlerinin aktif maddesi olan alüminyum oksit, ciltteki ter gibi diğer moleküllerle karıştığında parçalanır. Bu aktif maddeleri bir nanoemülsiyona yerleştirdiğinizde ortamdan ayrı kalacak ve emici fonksiyonlarını yerine getirebileceklerdir.
Kanola yağı
Birçok protein ve vitamin suda çözünmediği için gıdalara eklenmesini zorlaştırır. Ancak onları nanodamlacıklara bölerseniz sorun çözülecektir. Kanola yağı, kolesterol seviyelerini düşük tutmaya yardımcı olan fitosterollerin nano damlacıklarını içerir, böylece vücudunuzdaki kolesterol birikiminin etkilerinden zarar görmeden günün her saati kızarmış tavuk yiyebilirsiniz.
Prezervatif
Evet, nanoteknoloji dünyaya bu kez prezervatiflerdeki nanoköpük şeklinde girdi. Köpükteki gümüş nanopartiküller bakterileri yok ederek cinsel yolla bulaşan enfeksiyonların yayılmasını önler.
Nanoteknolojinin olmadığı bir geleceği hayal etmek oldukça zordur. Maddenin atomik ve molekül altı seviyelerde manipülasyonu kimya, biyoloji ve tıpta büyük atılımların yolunu açtı. Bununla birlikte, nanoteknolojinin kullanımı şu anda bile bazen en meraklı fantezilerimizi ve gerçeklerimizi bile aşmaktadır.
Filmler
1980'lerde taramalı tünelleme mikroskobunun (STM) icadı olmasaydı, nanoteknoloji alanı bilim kurgu olarak kalabilirdi. STM'nin atomik hassasiyeti sayesinde fizikçiler, geleneksel optik mikroskoplarla mümkün olmayan bir şekilde yapıyı inceleyebildiler.
STM'nin inanılmaz potansiyeli, IBM bilim adamları tarafından dünyanın en küçük animasyon filmi olan A Boy and His Atom'u yarattıklarında ortaya çıktı. Bakırın yüzeyindeki tek tek atomların hareket ettirilmesiyle oluşturuldu.
90 saniyelik filmde karbon monoksit moleküllerinden oluşan bir çocuğun topla oynaması, dans etmesi ve trambolinde zıplaması anlatılıyor. 202 kareden oluşan animasyon, insan saçının 1/1000'i kadar bir alana yayılıyor. Filmi yapmak için bilim insanları STM'nin benzersiz bir özelliğini kullandılar: elektrik yüklü ve ucunda tek bir atom bulunan çok keskin bir kalem. Kalem, animasyonun yüzeyindeki (bu durumda bir bakır levha) karbon moleküllerinin tam konumunu belirleyebilir. Ayrıca moleküllerin görüntülerini oluşturmak ve onları yeni konumlara taşımak için de kullanılabilir.
Petrol üretimi
Küresel petrol arama harcamaları son on yılda katlanarak arttı. Ancak petrol üretiminin verimliliği hala büyük bir zorluktur. Petrol şirketleri kuyuları kapattığında petrolün yarısından azı geri kazanılıyor. Geri kalanı kayanın içinde sıkışıp kalıyor çünkü çıkarılması çok pahalı olacak. Neyse ki nanoteknoloji sayesinde Çinli bilim insanları bu sorunu çözmenin bir yolunu buldu.
Çözüm, mevcut sondaj yöntemini geliştirmekti. Orijinal teknik, yağın bulunduğu kayanın gözeneklerine su verilmesini içerir. Bu, yağın yerini alır ve dışarı taşır. Ancak bu yöntemin sınırlamaları vardır. Belli bir noktadan sonra yağ yerine su çıkmaya başlar.
Bunu önlemek için Çinli araştırmacılar Peng ve Ming Yuan Li, kayanın gözenekleri arasındaki geçişleri kapatacak nanopartikülleri suya aşılama fikrini ortaya attılar. Su, yağ içeren gözeneklerdeki en dar yolları seçip onu dışarı itecektir. Çin'deki denemelerde başarılı olan bu yöntem, petrol üretiminin verimliliğini artırdı ve normalde ulaşılamayacak olan petrolün %50'sine ulaştı.
Yüksek Çözünürlüklü Ekranlar
Bilgisayar ekranlarındaki görüntüler piksel adı verilen küçük noktalarla temsil edilir. Boyutları ve şekilleri ne olursa olsun, ekrandaki piksel sayısı görüntü kalitesinde belirleyici bir faktör olmaya devam ediyor. Bununla birlikte, geleneksel olanlarda daha fazla sayıda piksel, daha büyük ve daha hacimli ekranlar anlamına gelir; bu da pek kullanışlı değildir.
Şirketler tüketicilere dev ekranlar satmakla meşgulken, Oxford Üniversitesi'ndeki bilim insanları birkaç yüz nanometre çapında pikseller oluşturmanın bir yolunu keşfettiler. Bu, GST adı verilen faz değiştiren bir malzemenin özellikleri kullanılarak başarılabilir. Deneyde bilim insanları, şeffaf elektrotlar arasına sıkıştırılmış yedi nanometrelik GST katmanları kullandılar. Yalnızca 300 x 300 nanometrelik her katman, elektriksel olarak açılıp kapatılabilen bir piksel görevi görüyor. Bilim insanları, katmandan elektrik akımı geçirerek yüksek kalite ve kontrasta sahip bir görüntü elde etmeyi başardılar.
Geleneksel pikseller kullanışsız hale geldiğinde nanopikseller çeşitli amaçlara hizmet edecek. Örneğin küçük boyutları ve kalınlıkları onları akıllı gözlük, katlanabilir ekran ve yapay retina gibi teknolojiler için mükemmel bir seçim haline getirecek. Nanopiksel ekranların bir diğer avantajı da düşük güç tüketimidir. Görüntü oluşturmak için tüm pikselleri sürekli olarak güncelleyen mevcut ekranların aksine, GST tabanlı katman ekranın yalnızca bir kısmını günceller ve bu da aslında enerji tasarrufu sağlar.
Renk değiştiren boya
California Üniversitesi'nden bilim insanları altın nanopartikül iplikleri üzerinde deneyler yaparken inanılmaz bir şeyle karşılaştılar. İplik gerildiğinde veya sıkıştırıldığında altının renginin parlak maviden mora ve kırmızıya doğru değiştiğini fark ettiler. Deney, bilim adamlarına, basınç uygulandığında renk değiştiren altın nanopartiküllerden yapılmış sensörler yaratma konusunda ilham verdi.
Bu tür sensörleri üretmek için esnek bir polimer filme altın nanopartiküller eklendi. Film basınca maruz kaldığında gerilir ve parçacıkların renk değiştirmesine neden olur. Hafif basınç sensörü mora, sert basınç ise kırmızıya çevirir. Bilim insanları bu ilginç özelliği sadece altın parçacıklarında değil, gerildiğinde rengi sarıya dönen gümüş parçacıklarında da fark etti.
Bu tür sensörler farklı amaçlara hizmet edebilir. Örneğin bir kişinin oturduğunu veya uyuduğunu belirlemek için mobilyalara, kanepelere veya yataklara dahil edilebilirler. Sensör altından yapılmış olsa da küçük boyutu maliyet sorununun aşılmasına yardımcı oluyor.
Telefonları şarj etme
İster iPhone, ister Samsung, ister başka bir telefon olsun, üretim hattından çıkan her akıllı telefonun iki büyük dezavantajı vardır: pil ömrü ve şarj süresi. Her ne kadar ilk sorun hâlâ acil olsa da İsrail'in Ramat Gan şehrinden bilim insanları, 30 saniyede şarj olan bir pil oluşturarak ikinci sorunu çözmeyi başardılar.
Bu atılım, Tel Aviv Üniversitesi'nden bilim adamlarının Alzheimer hastalığını incelemeye yönelik bir projesiyle yakından ilgiliydi. Bilim adamları, beyin nöronlarını küçülten ve hastalığa neden olan peptit moleküllerinin yüksek kapasitansa (elektrik yükü depolama yeteneği) sahip olduğunu keşfettiler. Bu keşif, nanoteknolojiyi hedeflenen tüketici ürünlerine dönüştürmeye çalışan bir şirket olan StoreDot tarafından gerçekleştirildi. StoreDot, bilim adamlarının yardımıyla akıllı telefonların pil ömrünü artırmak için peptidlerin gücünden yararlanan bir teknoloji olan NanoDots'u geliştirdi. Şirket, teknolojisini Microsoft'un ThinkNext etkinliğinde sergiledi. Örnek olarak Samsung Galaxy S3'ü kullanırsak, pil bir dakikadan kısa bir sürede sıfırdan maksimum seviyeye kadar şarj edildi.
Akıllı ilaç dağıtımı
Kanser gibi hastalıkların tedavisi çok pahalı olabilir ve bazı durumlarda çok geç olabilir. Neyse ki dünya çapında birçok tıbbi şirket bu tür hastalıkları tedavi etmenin ucuz ve etkili yollarını araştırıyor. Bunların arasında, ilaçların vücudumuza verilmesinde devrim yaratmayı planlayan bir şirket olan Immusoft da var.
Immusoft, ilaçlara ve tedavi programlarına milyarlarca dolar harcamak yerine vücudumuzun ihtiyacımız olan ilaçları üretebileceğine inanıyor. Bağışıklık sisteminin yardımıyla hastanın hücreleri değiştirilebiliyor ve onlara kendi ilaçlarını üretmelerini sağlayacak yeni genetik bilgiler veriliyor. Genetik bilgi, vücuda yerleştirilen nano boyutlu kapsüller kullanılarak iletilebilir.
Yeni yöntem henüz insanlarda test edilmedi. Ancak Immusoft ve diğer kurumlar fareler üzerinde başarılı deneyler yapıldığını bildirdi. Yöntemin insanlarda etkili olduğu kanıtlanırsa, kalp-damar hastalıkları ve diğer hastalıkların tedavisine yönelik tedavi süresi ve maliyetleri önemli ölçüde azalacak.
Moleküler iletişim
Küresel iletişimin ruhu olan elektromanyetik dalgalar belirli koşullar altında kullanılamaz hale gelir. Bir iletişim uydusunu devre dışı bırakabilecek ve ona bağlı her türlü teknolojiyi işe yaramaz hale getirebilecek bir elektromanyetik darbe düşünün. Bu senaryoya kıyamet filmlerinden çok aşinayız. Birleşik Krallık'taki Warwick Üniversitesi'nden ve Kanada'daki York Üniversitesi'nden bilim insanları da bu soruyu beklenmedik bir çözüme ulaşana kadar uzun yıllar incelediler.
Bilim adamları, bazı hayvan türlerinin, özellikle de böceklerin, uzun mesafelerde iletişim kurmak için feromonları nasıl kullandıklarını gözlemlediler. Veri topladıktan sonra bilim insanları, mesajların buharlaşan alkol moleküllerinde kodlandığı bir iletişim yöntemi geliştirdiler. Alkolü kimyasal sinyal olarak kullanan yeni bir yöntemi başarıyla gösterdiler ve "Oh Kanada" anlamına gelen ilk mesajı gönderdiler.
Yöntem, sırasıyla sinyali kodlayan, gönderen ve alan iki cihazın (bir verici ve bir alıcı) kullanımını içeriyordu. Arduino One (açık kaynaklı bir mikrodenetleyici) kullanarak vericiye kısa mesaj yazmak mümkündür. Kontrolör daha sonra metni elektronik alkol spreyi tarafından okunan ikili koda dönüştürür. Püskürtücü kodu okuduktan sonra “1” rakamını enjeksiyonla değiştirir ve boşluk olarak “0”ı bırakır. Havada alkol, kimyasal bir sensör ve bir mikro denetleyici içeren havadaki bir alıcı tarafından yakalanır. Veriler daha sonra tekrar metne dönüştürülür.
Mesaj açık alanda birkaç metre öteye gönderildi. Bu teknik, elektromanyetik dalgaların işe yaramaz hale geldiği yer altı tünelleri veya boru hatları gibi ortamlarda faydalı olabilir.
Veri depolama
Geçtiğimiz birkaç on yıl boyunca bilgisayarlar, bilgi işlem gücü ve depolama kapasitesinde katlanarak büyüme yaşadı. Bu olgu 50 yıl önce James Moore tarafından doğru bir şekilde tahmin edilmiş ve daha sonra Moore Yasası olarak anılmaya başlanmıştır. Ancak aralarında fizikçi Michio Kaku'nun da bulunduğu pek çok bilim insanı Moore yasasının bir gün işlemeyeceğine inanıyor. Bunun nedeni, bilgisayarların bilgi işlem gücünün mevcut üretim teknolojilerine katlanarak ayak uyduramamasıdır.
Kaku işlem gücüne odaklanırken aynı durum kapasite için de aynı şekilde geçerli. Neyse ki bu son değil. Melbourne'daki RMIT Üniversitesi'nden bir bilim insanı ekibi şu anda alternatifler arıyor. Sharath Sriram liderliğindeki bir bilim insanı ekibi, insan beyninin bilgiyi depolama şeklini taklit eden veri depolama cihazları yaratmanın eşiğinde. Bilim adamlarının ilk adımı, elektrik yüklerini "açık" ve "kapalı" durumda depolamak üzere kimyasal olarak programlanmış bir nanofilm oluşturmaktı. İnsan saçından 10.000 kat daha ince olan film, beynin sinir ağlarını taklit eden hafıza cihazlarının geliştirilmesinde temel taşı olabilir.
Nanosanat
Nanoteknolojinin ümit verici gelişimi bilim camiasını büyülemektedir. Ancak nanoteknolojideki ilerlemeler tıp, biyoloji ve mühendislikle sınırlı değildir. Nanoart, küçük dünyayı mikroskop altında tamamen yeni bir perspektiften görmemizi sağlayan yeni gelişen bir alandır.
Adından da anlaşılacağı gibi nanoart, az sayıda bilim insanı ve sanatçı tarafından uygulanan sanat ve nanobilimin birleşimidir. Bunlar arasında, başkanın nanoportresini yaratan Michigan Üniversitesi'nden makine mühendisi John Hart da var. Nanobama adı verilen portre, 2008 başkanlık seçimlerinde aday olduğu dönemde cumhurbaşkanı için yaratılmıştı. Portrenin her yüzü yarım milimetreden küçük ve portrenin tamamı 150 nanotüpten oluşuyor. Böyle bir portrenin basılması an meselesi.
Yeni kayıtlar
İnsanlık her zaman daha güçlü, daha hızlı ve daha büyük şeyler yaratmanın çabasında olmuştur. Ancak konu en küçük şeylere gelince devreye nanoteknoloji giriyor. Nanoteknoloji kullanılarak yaratılan en küçük şeyler arasında, şu anda dünyanın en küçük basılı kitabı olarak kabul edilen Teeny Ted From Turnip adlı kitap yer alıyor. Kitap yalnızca 70 x 100 mikrometre boyutlarında ve 30 sayfalık kristal silikon üzerine oyulmuş harflerle dolu. Doğru, böyle bir kitabın maliyeti çok yüksek - 15.000 dolardan fazla. Ayrıca onu okumak için bir elektron mikroskobuna ihtiyacınız olacak ki bu da ucuz bir zevk değil.
listverse.com'daki materyallere dayanmaktadır
Benzer gönderi yok
Y. SVIDINENKO, mühendis-fizikçi
Nanoyapılar geleneksel transistörlerin yerini alacak.
Kompakt eğitici nanoteknolojik kurulum "UMKA", bireysel atom gruplarını manipüle etmenize olanak tanır.
"UMKA" kurulumunu kullanarak DVD'nin yüzeyini incelemek mümkündür.
Geleceğin nanoteknoloji uzmanları için bir ders kitabı zaten yayınlandı.
Yirminci yüzyılın son çeyreğinde ortaya çıkan nanoteknoloji hızla gelişmektedir. Neredeyse her ay, sadece bir veya iki yıl öncesine kadar tamamen fantezi gibi görünen yeni projelerle ilgili mesajlar geliyor. Bu alanın öncüsü Eric Drexler'in tanımına göre nanoteknoloji, "atom yapısı önceden belirlenmiş cihaz ve maddelerin düşük maliyetli üretimine odaklanan beklenen bir üretim teknolojisidir." Bu, atomik hassasiyete sahip yapılar elde etmek için tek tek atomlar üzerinde çalıştığı anlamına gelir. Bu, nanoteknoloji ile makro nesneleri manipüle eden modern "hacimsel" toplu teknolojiler arasındaki temel farktır.
Nano'nun 10-9'u ifade eden bir önek olduğunu okuyucuya hatırlatalım. Bir nanometre uzunluğundaki bir parçaya sekiz oksijen atomu yerleştirilebilir.
Nanonesneler (örneğin metal nanopartiküller) tipik olarak aynı malzemeden yapılmış daha büyük nesnelerden ve bireysel atomların özelliklerinden farklı fiziksel ve kimyasal özelliklere sahiptir. Diyelim ki 5-10 nm büyüklüğündeki altın parçacıklarının erime sıcaklığı, hacmi 1 cm3 olan bir altın parçasının erime sıcaklığından yüzlerce derece daha düşük.
Nano ölçekte gerçekleştirilen araştırmalar bilimlerin kesişiminde yer alır; malzeme bilimi alanındaki araştırmalar genellikle biyoteknoloji, katı hal fiziği ve elektronik alanlarını etkiler.
Nanotıp alanında dünyanın önde gelen uzmanı Robert Freitas şunları söyledi: “Geleceğin nanomakineleri milyarlarca atomdan oluşmalıdır, dolayısıyla bunların tasarımı ve inşası uzmanlardan oluşan bir ekibin çabasını gerektirecektir. Her bir nanorobot tasarımı, birden fazla kişinin ortak çabasını gerektirecektir. Boeing 777 uçağı dünya çapında birçok ekip tarafından tasarlandı ve üretildi. Bir milyon (veya daha fazla) çalışan parçadan oluşan geleceğin nanomedikal robotu, tasarım karmaşıklığı açısından bir uçaktan daha basit olmayacak.
ÇEVREMİZDEKİ NANO ÜRÜNLER
Nanodünya karmaşıktır ve hala nispeten az araştırılmıştır ve yine de bizden birkaç yıl önce göründüğü kadar uzak değildir. Çoğumuz farkında bile olmadan nanoteknolojideki şu veya bu gelişmeleri düzenli olarak kullanıyoruz. Örneğin, modern mikroelektronik artık mikro değil nanodur: Bugün üretilen transistörler (tüm çiplerin temeli) 90 nm'ye kadar olan aralıkta yer almaktadır. Elektronik bileşenlerin 60, 45 ve 30 nm'ye daha da minyatürleştirilmesi zaten planlanıyor.
Üstelik Hewlett-Packard firmasının temsilcilerinin geçtiğimiz günlerde duyurduğu gibi, geleneksel teknoloji kullanılarak üretilen transistörlerin yerini nanoyapılar alacak. Böyle bir eleman, birkaç nanometre genişliğinde üç iletkendir: ikisi paraleldir ve üçüncüsü onlara dik açılarda yerleştirilmiştir. İletkenler birbirine değmiyor, köprü gibi üst üste geçiyor. Bu durumda nanoiletken malzemeden kendilerine uygulanan voltajın etkisi altında oluşan moleküler zincirler üst iletkenlerden alt iletkenlere doğru iner. Bu teknoloji kullanılarak oluşturulan devreler, verileri depolama ve mantıksal işlemleri gerçekleştirme, yani transistörleri değiştirme yeteneğini zaten göstermiştir.
Yeni teknolojiyle birlikte mikro devre parçalarının boyutları, geleneksel yarı iletken transistörlerin fiziksel olarak çalışamayacağı bir ölçeğe, 10-15 nanometre seviyesinin önemli ölçüde altına düşecek. Muhtemelen, önümüzdeki on yılın ilk yarısında, içine yeni teknoloji kullanılarak oluşturulan belirli sayıda nanoelementin yerleştirileceği seri mikro devreler (hala geleneksel, silikon) ortaya çıkacak.
2004 yılında Kodak, Ultima mürekkep püskürtmeli yazıcılar için kağıt piyasaya sürdü. Dokuz katmanı vardır. Üst katman, kağıdın daha yoğun ve parlak olmasını sağlayan seramik nanopartiküllerden oluşur. İç katmanlar, baskı kalitesini artıran 10 nm boyutunda pigment nanopartikülleri içerir. Kaplama bileşiminde bulunan polimer nanopartiküller sayesinde boyanın hızlı sabitlenmesi kolaylaştırılır.
ABD Nanoteknoloji Enstitüsü Müdürü Chad Mirkin, "nanoteknolojinin tüm malzemeleri sıfırdan yeniden inşa edeceğine" inanıyor. Şu ana kadar insanlık nanoyapıları geliştirme ve üretme fırsatına sahip olmadığından, moleküler üretim yoluyla elde edilen tüm malzemeler yeni olacak. endüstride sadece "Doğanın bize verdiği şey. Tahtaları ağaçlardan, telleri ise iletken metallerden yapıyoruz. Nanoteknolojik yaklaşım, hemen hemen her doğal kaynağı, gelecekteki endüstrinin temelini oluşturacak "yapı taşları" olarak adlandıracağımız şekilde işleyeceğimizdir. "
Artık nanodevrimin başlangıcını görüyoruz: bunlar yeni bilgisayar çipleri, leke tutmayan yeni kumaşlar ve nanopartiküllerin tıbbi teşhislerde kullanılmasıdır (ayrıca bkz. “Bilim ve Yaşam” No., 2005). Kozmetik endüstrisi bile nanomalzemelerle ilgileniyor. Kozmetiklerde daha önce bulunmayan birçok yeni standart dışı yön oluşturabilirler.
Nanoölçek aralığında hemen hemen her malzeme benzersiz özellikler sergiler. Örneğin gümüş iyonlarının antiseptik aktiviteye sahip olduğu bilinmektedir. Gümüş nanopartiküllerden oluşan bir çözelti önemli ölçüde daha yüksek aktiviteye sahiptir. Bir bandajı bu solüsyonla tedavi edip cerahatli bir yaraya uygularsanız iltihap gider ve yara, geleneksel antiseptiklere göre daha hızlı iyileşir.
Yerli endişe Nanoindustry, çözeltilerde ve adsorbe edilmiş durumda stabil olan gümüş nanopartiküllerin üretimi için bir teknoloji geliştirmiştir. Ortaya çıkan ilaçlar geniş bir antimikrobiyal etki spektrumuna sahiptir. Böylece mevcut ürünlerin üreticileri tarafından teknolojik süreçte küçük değişiklikler yapılarak antimikrobiyal özelliklere sahip bir dizi ürün yaratılması mümkün hale geldi.
Gümüş nanopartikülleri geleneksel olanı değiştirmek ve yeni malzemeler, kaplamalar, dezenfektanlar ve deterjanlar (diş macunları ve temizleme macunları, çamaşır tozları, sabunlar dahil) ve kozmetikler oluşturmak için kullanılabilir. Gümüş nanopartikülleri ile modifiye edilmiş kaplamalar ve malzemeler (kompozit, tekstil, boya ve vernik, karbon ve diğerleri), enfeksiyonların yayılma riskinin arttığı yerlerde önleyici antimikrobiyal koruma olarak kullanılabilir: ulaşımda, halka açık yiyecek-içecek işletmelerinde, tarımda ve hayvancılık binaları, çocuk, spor ve tıbbi kurumlarda. Gümüş nanopartikülleri, klima sistemi filtrelerinde, yüzme havuzlarında, duşlarda ve benzeri halka açık yerlerde suyu arıtmak ve patojenleri öldürmek için kullanılabilir.
Benzer ürünler yurt dışında da üretilmektedir. Bir şirket, kronik iltihaplanma ve açık yaraların tedavisi için gümüş nanopartiküller içeren kaplamalar üretiyor.
Diğer bir nanomalzeme türü, devasa bir güce sahip olan karbon nanotüplerdir (bkz. “Bilim ve Yaşam” No. 5, 2002; No. 6, 2003). Bunlar, yaklaşık yarım nanometre çapa ve birkaç mikrometreye kadar uzunluğa sahip tuhaf silindirik polimer molekülleridir. Bunlar ilk olarak 10 yıldan daha kısa bir süre önce fulleren C60 sentezinin yan ürünleri olarak keşfedildi. Bununla birlikte, nanometre boyutunda elektronik cihazlar halihazırda karbon nanotüplere dayalı olarak oluşturulmaktadır. Öngörülebilir gelecekte modern bilgisayarlar da dahil olmak üzere çeşitli cihazların elektronik devrelerindeki birçok unsurun yerini alması bekleniyor.
Ancak nanotüpler sadece elektronikte kullanılmaz. Bükülmeyi sınırlamak ve daha fazla vuruş gücü sağlamak için karbon nanotüplerle güçlendirilmiş ticari olarak temin edilebilen tenis raketleri halihazırda mevcuttur. Spor bisikletlerinin bazı kısımlarında da kullanılırlar.
NANOTEKNOLOJİ PAZARINDA RUSYA
Yerli şirket Nanoteknoloji Haber Ağı yakın zamanda Rusya'da başka bir yeni ürün sundu: kendi kendini temizleyen nano kaplamalar. Otomobilin camına silikon dioksit nanopartikülleri içeren özel bir solüsyon püskürtmek yeterli olup, 50.000 km boyunca kir ve su yapışmayacaktır. Camın üzerinde suyun tutunabileceği hiçbir şeyin olmadığı şeffaf, ultra ince bir tabaka kalır ve kirle birlikte yuvarlanır. Her şeyden önce gökdelen sahipleri yeni ürünle ilgilenmeye başladı - bu binaların cephelerini yıkamak için çok para harcanıyor. Seramik, taş, ahşap ve hatta giysilerin kaplanması için bu tür bileşimler vardır.
Bazı Rus kuruluşlarının uluslararası nanoteknoloji pazarında halihazırda başarılı bir performans sergilediğini söylemek gerekir.
Örneğin Nano-endüstri endişesinin portföyünde, endüstrinin çeşitli alanlarında uygulanabilir bir dizi nanoteknolojik ürün bulunmaktadır. Bunlar biyoteknoloji ve tıp için indirgeyici bileşim "RVS" ve gümüş nanopartikülleri, endüstriyel nanoteknolojik kurulum "LUCH-1,2" ve eğitimsel nanoteknolojik kurulum "UMKA"dır.
Aşınmaya karşı koruma sağlayabilen ve neredeyse her türlü sürtünme metal yüzeyini eski haline getirebilen "RVS" bileşimi, uyarlanabilir nanopartiküller temelinde hazırlanır. Bu ürün, metal yüzeylerin yoğun sürtünmeye maruz kaldığı alanlarda (örneğin içten yanmalı motorlardaki sürtünme çiftlerinde) 0,1-1,5 mm kalınlığında modifiye edilmiş yüksek karbonlu demir silikat koruyucu katman oluşturmanıza olanak sağlar. Yağ karterine böyle bir bileşim dökerek motor aşınması problemini uzun süre unutabilirsiniz. Çalışma sırasında mekanik parçalar sürtünmeden dolayı ısınır, bu ısınma metal nanopartiküllerin hasarlı bölgelere yapışmasına neden olur. Aşırı büyüme daha güçlü ısınmaya neden olur ve nanopartiküller bağlanma yeteneklerini kaybeder. Böylece ovalama ünitesinde denge sürekli korunur ve parçalar pratik olarak yıpranmaz.
Özellikle ilgi çekici olan, fizik, kimya, biyoloji, tıp, genetik ve diğer temel ve uygulamalı bilimler alanında atomik-moleküler düzeyde gösteri, araştırma ve laboratuvar çalışmaları yürütmeyi amaçlayan UMKA nanoteknolojik ekipman kompleksidir. Örneğin yakın zamanda bir DVD'nin yüzeyini 0,3 mikron çözünürlükte görüntüledi ve bu sınır değil. Pikoamper akımlarında çalışmanın benzersiz teknolojisi, zayıf iletken biyolojik numunelerin bile ön metal birikmesi olmadan taranmasına olanak tanır (genellikle numunenin üst katmanının iletken olması gerekir). "UMKA", bireysel atom gruplarıyla uzun süreli manipülasyonlara izin veren yüksek sıcaklık stabilitesine ve hızlı süreçlerin gözlemlenmesine olanak tanıyan yüksek tarama hızına sahiptir.
UMKA kompleksinin ana uygulama alanı, nano boyutlu yapılarla çalışmanın modern pratik yöntemleri konusunda eğitimdir. UMKA kompleksi şunları içerir: bir tünel mikroskobu, bir titreşim koruma sistemi, bir dizi test örneği, bir dizi sarf malzemesi ve alet. Cihazlar küçük bir kasaya sığıyor, oda koşullarında çalışıyor ve maliyeti 8 bin dolardan az. Deneyleri normal bir kişisel bilgisayardan kontrol edebilirsiniz.
Ocak 2005'te nanoteknoloji ürünleri satan ilk Rus çevrimiçi mağazası açıldı. Mağazanın internetteki kalıcı adresi www.nanobot.ru
GÜVENLİK SORUNLARI
Yakın zamanda fullerenler adı verilen küresel C60 moleküllerinin ciddi hastalıklara neden olabileceği ve çevreye zarar verebileceği keşfedildi. Suda çözünebilen fullerenlerin iki farklı tip insan hücresine maruz kaldığında toksisitesi, Rice ve Georgia üniversitelerinden (ABD) araştırmacılar tarafından belirlendi.
Rice Üniversitesi'nden kimya profesörü Vicki Colvin ve meslektaşları, fullerenler suda çözündüğünde, insan cilt hücreleri ve karaciğer karsinomu hücrelerine maruz kaldığında ölümlerine neden olan C 60 kolloidlerinin oluştuğunu buldu. Aynı zamanda, fullerenlerin sudaki konsantrasyonu çok düşüktü: 1 milyar su molekülü başına ~ 20 C 60 molekül. Aynı zamanda araştırmacılar, moleküllerin toksisitesinin yüzeylerinin modifikasyonuna bağlı olduğunu gösterdi.
Araştırmacılar, basit C60 fullerenlerin toksisitesinin, yüzeylerinin süperoksit anyonları üretebilmesinden kaynaklandığını öne sürüyorlar. Bu radikaller hücre zarlarına zarar verir ve hücre ölümüne yol açar.
Colvin ve meslektaşları, fullerenlerin bu olumsuz özelliğinin, kanser tümörlerinin tedavisinde iyi yönde kullanılabileceğini belirtti. Sadece oksijen radikallerinin oluşum mekanizmasını ayrıntılı olarak açıklığa kavuşturmak gerekir. Açıkçası, fullerene dayalı süper etkili antibakteriyel ilaçlar oluşturmak mümkün olacaktır.
Aynı zamanda fullerenlerin tüketici ürünlerinde kullanılması tehlikesi de bilim insanları için oldukça gerçek görünüyor.
Görünüşe göre Amerikan Gıda ve İlaç Güvenliği Komisyonu'nun (FDA) yakın zamanda nanoteknoloji ve nanomalzemeler ve nanoyapılar kullanılarak üretilen geniş bir ürün yelpazesine (gıda, kozmetik, ilaç, ekipman ve veteriner ilaçları) lisans verilmesi ve düzenlenmesi gerektiğini duyurmasının nedeni budur.
NANOTEKNOLOJİLERİN DEVLET DESTEĞİNE İHTİYACI VAR
Ne yazık ki Rusya'da nanoteknolojinin geliştirilmesine yönelik henüz bir devlet programı yok. (Bu arada, 2005 yılında ABD nanoteknoloji programı beş yaşına girdi.) Şüphesiz, nanoteknolojinin geliştirilmesine yönelik merkezi bir hükümet programının varlığı, araştırma sonuçlarının pratikte uygulanmasına büyük ölçüde yardımcı olacaktır. Ülkemizde nanoteknoloji alanında başarılı gelişmelerin olduğunu maalesef yabancı kaynaklardan öğreniyoruz. Örneğin yaz aylarında ABD Standartlar Enstitüsü dünyanın en küçük atom saatinin yaratıldığını duyurdu. Anlaşıldığı üzere, bir Rus ekibi de bunların yaratılması üzerinde çalıştı.
Rusya'da bir devlet programı yok, ancak araştırmacılar ve meraklılar var: Geçtiğimiz yıl, Gençlik Bilim Topluluğu (YSS) ülkelerinin geleceğini düşünen 500'den fazla genç bilim insanını, yüksek lisans öğrencisini ve lisans öğrencisini bir araya getirdi. Nanoteknolojinin sorunlarının ayrıntılı bir çalışması için, Şubat 2004'te, bu alandaki yüzlerce açık dünya kaynağını izleyen ve bugün 4.500'den fazla işlemi gerçekleştiren MNO temelinde bir analitik şirket "Nanoteknoloji Haber Ağı (NNN)" kuruldu. yabancı ve Rus medyasından bilgi mesajları, makaleler, basın bültenleri ve uzman yorumları. 170.000'den fazla Rusya ve BDT vatandaşı tarafından görüntülenen www.mno.ru ve www.nanonewsnet.ru web siteleri oluşturuldu.
GENÇLİK PROJELERİ YARIŞMASI
Nisan 2004'te, Uniastrum Bank'ın desteğiyle Nanosanayi kaygısıyla birlikte, yerli moleküler nanoteknoloji yaratmaya yönelik ilk Tüm Rusya gençlik projeleri yarışması başarıyla düzenlendi ve bu, Rus bilim adamlarının yoğun ilgisini çekti.
Yarışmanın kazananları olağanüstü gelişmeler sundu: Birincilik, Rusya Kimya Teknoloji Üniversitesi'nden genç bilim adamlarından oluşan bir ekibe verildi. D.I. Mendeleev, optik nanosensörler, moleküler elektronik ve biyotıp için biyomimetik (biyomimetik - doğada mevcut yapıların taklidi) malzemeler yaratan Kimya Bilimleri Adayı Galina Popova'nın liderliğinde. İkinci sırayı Taşkent Devlet Pedagoji Üniversitesi'nin yüksek lisans öğrencisi aldı. İlaçların hastalıklı dokulara hedefli olarak verilmesi için bir sistem geliştiren Nizami Marina Fomina ve üçüncüsü, benzersiz özelliklere sahip nanoseramik malzemeler oluşturma teknolojisinin yazarı Tomsk'tan bir okul çocuğu olan Alexey Khasanov. Kazananlar değerli ödüller aldı.
Bankanın desteğiyle, önde gelen bilim insanlarının büyük beğenisini kazanan popüler bilim ders kitabı “Herkes İçin Nanoteknolojiler” geliştirildi ve yayına hazırlanıyor.
Bir yıl içinde nanoteknoloji alanında önde gelen analitik kuruluşlardan biri haline gelen NNN şirketi, Aralık 2004'te, genel sponsorluğunun bir kez daha Uniastrum Bank olduğu İkinci Tüm Rusya Gençlik Projeleri Yarışması'nın başladığını duyurdu. ilk yarışmanın sonuçları. Ayrıca bu sefer uluslararası kesintisiz güç kaynağı üreticisi Powercom da sponsor oldu. "Bilim ve Yaşam" dergisi yarışmanın hazırlanmasında ve yayınlanmasında aktif rol alıyor.
Yarışmanın amacı yetenekli gençleri nanoteknolojinin yurt dışında değil kendi ülkelerinde geliştirilmesine çekmektir.
Yarışmanın galibi bir nanoteknoloji laboratuvarı "UMKA" alacaktır. İkinci ve üçüncü olanlara modern dizüstü bilgisayarlar verilecek; En iyi katılımcılar Science and Life dergisine ücretsiz abone olacak. Ödüller arasında nanopartikül bazlı araçlar için tamir ve restorasyon kitleri, Universum dergisine abonelik ve aylık "Nanoteknoloji Dünyası" CD'leri yer alıyor.
Projelerin odak noktası son derece çeşitlidir: otomotiv ve havacılık endüstrileri için gelecek vaat eden nanomateryallerden implantlara ve nöroteknolojik arayüzlere kadar. Yarışmanın ayrıntılı materyalleri www.nanonewsnet.ru web sitesinde bulunmaktadır.
Aralık 2004'te, nanoteknolojinin endüstriyel kullanımına adanmış ilk konferans, bilim adamlarının üretimde uygulamaya hazır düzinelerce gelişmeyi sunduğu Fryazino şehrinde (Moskova bölgesi) düzenlendi. Bunlar arasında nanotüplere dayalı yeni malzemeler, ultra güçlü kaplamalar, sürtünme önleyici bileşikler, esnek elektronikler için iletken polimerler, yüksek kapasiteli kapasitörler vb. yer alıyor.
Rusya'da nanoteknoloji ivme kazanıyor. Bununla birlikte, araştırma eyalet veya kapsamlı bir federal program tarafından koordine edilmediği sürece, muhtemelen hiçbir şey daha iyiye doğru değişmeyecektir. Geleceğin nanoteknoloji uzmanları için bir ders kitabı zaten yayınlandı.