Информационно-развлекательный портал Даугавпилса
25.04.19. 16:26:14
                 
 Новости
Лента новостей
В Даугавпилсе
В Латвии
В Евросоюзе
В России
Общество
В мире
Происшествия
Криминал
Бизнес и экономика
Политика
Технологии
Наука и образование
Культура и искусство
Религия
Спорт
Здоровье
Авто
М+Ж
Курьезы
Дайджест
Дом и семья
Кстати


Логин: Пароль:   Регистрация

Молекула sapiens

2005-05-09 15:55:01
Человечество стоит на пороге очередной технологической революции - нанотехнологии изменят среду обитания человека. Болезни, голод и дефицит энергоресурсов навсегда уйдут в прошлое, а микроскопические роботы, объединенные в единую сеть, сделают из нашей планеты «разумную среду обитания».

Через 20 лет нанотехнологии переделают Землю

Нано - это приставка, означающая десять в минус девятой степени, или одну миллиардную. То есть один нанометр - это величина, сопоставимая с размерами отдельных молекул.

- Нанотехнологии - это качественный переход от манипуляции с веществом к манипуляции отдельными атомами для построения структур с заранее заданными свойствами, - говорит Михаил Ананян, генеральный директор концерна «Наноиндустрия». - Пока нанотехнологии находятся примерно на том же этапе развития, на котором находилась ядерная физика в 1940 году. Тогда никто даже и представить себе не мог ни технологий, ни перспектив расщепления атомного ядра, но все понимали, что они совершенно фантастические, и стремились первыми разглядеть их.

От перспектив использования нанотехнологий захватывает дух даже у поклонника научной фантастики. Так, по прогнозам журнала Scientific America, уже в ближайшем будущем появятся медицинские устройства размером с почтовую марку. Достаточно будет наложить их на рану. Такое устройство самостоятельно проведет анализ крови, определит, какие медикаменты необходимо использовать, и впрыснет их в кровь. Ожидается, что уже в 2025 году появятся первые нанороботы, способные конструировать из готовых атомов любой предмет. Произойдет революция в сельском хозяйстве, нанороботы будут производить пищу, заменив сельскохозяйственные растения и животных. К примеру, теоретически возможно производить молоко прямо из травы, минуя промежуточное звено - корову. Стабилизируется экологическая обстановка - новые виды промышленности не будут производить отходы, отравляющие планету, а нанороботы смогут уничтожать последствия старых загрязнений.

Атом на игле




Ну а перспективы более отдаленного будущего описал в 1986 году тогда еще студент Эрик Дрекслер, который в своем футуристическом эссе «Машины создания» и придумал общее название молекулярных технологий. Объединив идеи писателя-фантаста Станислава Лема, Дрекслер нарисовал картину «разумной среды обитания» XXI века: нанороботы будут присутствовать в каждом предмете, в каждом человеческом организме, и человечество сольется с окружающим миром в единый разумный компьютер.

Эссе Дрекслера не было очередным образцом фантастической беллетристики, поскольку еще в 1981 году два инженера из швейцарского филиала корпорации IBM - Герд Бинниг и Гейнрих Рорер - изобрели сканирующий туннелирующий микроскоп.

Микроскоп устроен довольно просто: сверхтонкая игла, на которую подано небольшое напряжение, движется над поверхностью материала на расстоянии около одного нанометра. При этом с острия иглы на поверхность туннелируют (просачиваются) электроны, и возникает небольшой ток, величина которого зависит от расстояния между иглой и поверхностью. Таким образом на поверхности материала можно «различить» единичные атомы.

В ходе экспериментов выяснилось, что туннелирующий микроскоп в отличие от своих предшественников имеет одно принципиально новое свойство. С его помощью можно не только «видеть» отдельные атомы, но и, прикладывая то или иное напряжение, воздействовать на них: попросту говоря, при помощи туннелирующего микроскопа можно «подцепить» атом и поместить его в нужное место. То есть у физиков появилась теоретическая возможность манипулировать атомами, а стало быть, непосредственно собирать из них, словно из кирпичиков, все что угодно - любой предмет, любое вещество.

И вот в 1992 году профессор Дрекслер, выступая перед комиссией конгресса США, снова формулирует основные принципы изобретенной им науки. С тех пор за нанотехнологиями тянется шлейф не только авангардной науки, но и специфической идеологии, которая охватила практически всю мировую экономику. Так, по прогнозу US National Nanotechnology Initiative, будущее принадлежит именно нанотехнологиям. Уже к 2015 году развитие операций на молекулярном уровне приведет к созданию до двух миллионов новых рабочих мест. С помощью нанотехнологий будет создано услуг и товаров на 1 трлн. долларов.

Сегодня ученые представляют себе три основные задачи новорожденных нанотехнологий. Во-первых, с их помощью будут осуществляться непосредственная манипуляция атомами и сборка из них нового вещества, то есть создание материалов с заданными необычными свойствами. Во-вторых, предполагается организовать производство электронных схем с активными элементами, размеры которых сравнимы с размерами единичных молекул или атомов. И наконец, ученые прогнозируют создание наномашин - механизмов и роботов размером с молекулу.

Все дело - в трубке

Первая задача нанотехнологий на сегодня считается практически выполненной - еще в 1991-м японский инженер из компании NEC Сумио Иишима открыл углеродные нанотрубки.



- Нанотрубки - это большие молекулы, состоящие исключительно из атомов углерода, - говорит Мария Томишко из Физико-химического института им. Л. Я. Карпова, единственной в России организации, где производство нанотрубок поставлено на поток. - Главная особенность этих молекул - их каркасная форма: они выглядят как замкнутые, пустые внутри «оболочки». Таким образом, решетка атомов углерода сохраняет целостность. Нанотрубки обладают удивительной прочностью: на разрыв они в 60 раз крепче, чем сталь. Еще они не плавятся при нагреве до 3500oС и не деформируются при давлении в 6000 атмосфер.

Технология их изготовления уникальна: сначала углеродную смесь прокачивают через реактор, заполненный катализаторами (в их роли могут выступать железо, никель, кобальт и золото), при температуре 1000oС. Потом полученный материал обрабатывают при температуре 100oС в растворе соляной кислоты. Затем его подвергают воздействию горячего (500oС) воздуха для удаления частиц аморфного углерода. В результате и получается универсальный материал технологий будущего. Например, в зависимости от размера и формы нанотрубка может обладать либо проводящими, либо полупроводниковыми свойствами. Если трубка прямая, она является проводником, а если скручена или изогнута - полупроводником. Необычные электрические свойства нанотрубок делают их самым перспективным материалом для вычислительных систем будущего. Обычные транзисторы, построенные из таких нанотрубок, в 500 раз меньше тех, что содержатся в современных микросхемах. Кроме того, уже созданы и опробованы прототипы тонких плоских дисплеев, работающих на матрице из нанотрубок.

А вот в Миланском политехническом институте разработали новый водородный двигатель для автомобиля. Взрывоопасный водород планируется хранить в углеродных наноструктурах, чьи полости будут заполнены его молекулами.

Цена прогресса

Правда, на пути триумфального шествия новых технологий пока стоит несколько нерешенных задач. И самая главная - дороговизна производства.

- Мы постоянно работаем над снижением себестоимости производства нанотрубок, - говорит Мария Томишко. - Так, если еще несколько лет назад один грамм нанотрубок стоил 500 $, то сегодня - 60 $. По нашим прогнозам, если себестоимость производства снизится вдвое, то объем продаж на рынке плоских экранов для телевизоров и компьютеров тут же вырастет на несколько десятков миллиардов долларов. Кроме того, необходимо увеличить и объемы производства - сегодня мы производим около 20 граммов трубок в час, хотя, уверена, через год мы сможем делать до 10 килограммов в час.

- К сожалению, не востребованы пока нанотрубки и в качестве сверхпрочного материала, - считает руководитель Наноцентра Московского энергетического института Андрей Алексенко. - Для этого нужно создать новую углеродную металлургию, чтобы сращивать короткие - длиной до нескольких микрон - трубки в волокна. Сейчас такой металлургии нет, но она обязательно появится уже через несколько лет.

Энергия для наномира




Ученые близки и к выполнению второй задачи - созданию молекулярных электронных схем. Так, профессор химии Дэйл Титерс из Университета Талсы в Оклахоме не так давно запатентовал технологию, позволяющую создавать батарейки поперечником в тысячные доли миллиметра. Новая «микробатарейка» работает подобно обычному аккумулятору - заряженные ионы проходят через полимер, служащий электролитом, от положительного электрода к отрицательному. Электроды размещены на противоположных концах отверстий в оболочке из пористого алюминия и представляют собой керамические или графитовые частицы.

«Конечно, вы не сможете током из нанобатарейки питать фонарь, - признает Дэйл Титерс. - Прототип устройства способен давать одну миллионную миллиампера, но изготовление таких микроскопических блоков питания - первый шаг к построению реально работающих наномашин».

Внутри нас роботы

А вот создание управляемых нанороботов пока отодвигается в отдаленное будущее. Единственное достижение в этой области - созданный в Массачусетском технологическом институте прототип робота-паука размером с монету, который способен производить до 10 000 движений в минуту. Но, конечно, назвать этот механизм нанороботом нельзя - уж больно он велик.

- В ближайшей перспективе возможно создание молекулярных структур, способных самостоятельно перемещаться по тканям человека и определять присутствие и концентрацию биологических веществ, - говорит профессор Юрий Евдокимов из Института молекулярной биологии им. В. А. Энгельгардта РАН. Именно за такими биоаналитическими системами самые широкие перспективы в лабораториях биохимического анализа, в медицинской клинической диагностике.

Подобная молекулярная машина была опробована в этом году в Мичиганском университете. Нанороботы состояли из трех частей: молекулы-носители, молекулы - распознаватели (с фрагментом ДНК) раковых клеток и молекулы-люминофоры. Когда такие конструкции вводили в организм, они собирались на опухолевых клетках и с помощью люминесценции указывали на них. Понятно, что таким же образом можно доставлять в нужное место и лекарства.

Исследователи считают, что скоро нанороботы на базе искусственных ДНК-молекул смогут очищать организм человека от микробов или уничтожать зарождающиеся раковые клетки.

Источник: Час



Постоянный адрес статьи - http://www.d-pils.lv/news/23703




Ваше имя:


Комментарий:









Письмо от Деда Мороза



http://www.d-pils.lv/news/1070606






Top.LV
Ramblers Top100
Ramblers Top100

webmaster@d-pils.lvСайт в стадии разработки