Dieser Artikel ist ein geplantes Update für alles, was Sie über die mächtigsten Werkzeuge wissen, die die Menschheit jemals entwickeln kann: die Nanotechnologie. Peter Diamandis, ein renommierter Unternehmer und Ingenieur, Leiter und Gründer der X-Prize Foundation, Planetary Resources und anderer Initiativen, erläuterte seine Vision davon, was in Labors auf der ganzen Welt geschieht und welche potenziellen Anwendungen der Nanotechnologie auf Gesundheitswesen, Energie und Umwelt warten Umwelt, Materialwissenschaften, Datenspeicherung und -verarbeitung.
Da künstliche Intelligenz in letzter Zeit viel Aufmerksamkeit erhalten hat, sollten wir sehr bald von unglaublichen Durchbrüchen auf dem Gebiet der Nanotechnologie hören.
Die Ursprünge der Nanotechnologie
Die meisten Historiker glauben, dass der Urheber des Begriffs der Physiker Richard Feynman und seine Rede von 1959 ist: "Es gibt viel Platz darunter." In seiner Rede stellte sich Feynman einen Tag vor, an dem Maschinen so reduziert werden könnten und so viele Informationen in winzigen Räumen verschlüsselt würden, dass ab diesem Tag unglaubliche technologische Durchbrüche beginnen würden.
Aber das Buch von Eric Drexler, "Motoren der Schöpfung: Die kommende Ära der Nanotechnologie", enthüllte diese Idee wirklich. Drexler hatte die Idee, sich selbst replizierende Nanomaschinen zu entwickeln: Maschinen, die andere Maschinen bauen.
Da diese Maschinen programmierbar sind, können sie verwendet werden, um nicht nur mehr dieser Maschinen zu bauen, sondern was auch immer Sie wollen. Und da diese Konstruktion auf atomarer Ebene stattfindet, können diese Nanoroboter jede Art von Material (Boden, Wasser, Luft, was auch immer) Atom für Atom zerlegen und alles daraus zusammensetzen.
Drexler zeichnete ein Bild von einer Welt, in der eine ganze Kongressbibliothek auf einen Chip von der Größe eines Zuckerwürfels passen könnte und in der Umweltwäscher Verunreinigungen direkt aus der Luft entfernen.
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Bevor wir jedoch die Möglichkeiten der Nanotechnologie untersuchen, gehen wir die Grundlagen durch.
Was ist "Nanotechnologie"?
Nanotechnologie ist Wissenschaft, Technik und Technologie im Nanobereich von 1 bis 100 Nanometern. Im Wesentlichen manipulieren und manipulieren sie Materialien auf atomarer und molekularer Ebene.
Stellen Sie sich zum Verständnis vor, was ein Nanometer ist:
- Das Verhältnis der Erde zum Kinderwürfel entspricht ungefähr dem Verhältnis von einem Meter zu einem Nanometer.
- Das ist eine Million Mal weniger als die Länge der Ameise.
- Die Dicke eines Blattes Papier beträgt ungefähr 100.000 Nanometer.
- Der Durchmesser der roten Blutkörperchen beträgt 7000-8000 Nanometer.
- Der Durchmesser der DNA-Kette beträgt 2,5 Nanometer.
Ein Nanobot ist eine Maschine, die Dinge präzise und auf atomarer Ebene bauen und manipulieren kann. Stellen Sie sich vor, ein Roboter, der Atome wie ein Kind manipulieren kann, kann LEGO-Steine manipulieren und alles (C, N, H, O, P, Fe, Ni usw.) aus grundlegenden atomaren Bausteinen konstruieren. Während einige Leute die Zukunft von Nanorobotern als Science-Fiction leugnen, müssen Sie verstehen, dass jeder von uns heute dank der unzähligen Operationen von Nanobots in unseren Billionen von Zellen lebt. Wir geben ihnen biologische Namen wie "Ribosomen", aber im Kern sind sie programmierte Maschinen mit Funktion.
Es lohnt sich auch, zwischen "nasser" oder "biologischer" Nanotechnologie zu unterscheiden, bei der DNA und die Maschinen des Lebens verwendet werden, um einzigartige Strukturen aus Proteinen oder DNA (als Baumaterialien) zu schaffen, und mehr Drexler-Nanotechnologie, bei der ein "Assembler" oder eine Maschine gebaut wird beschäftigt sich mit 3D-Druck mit nanoskaligen Atomen, um effizient jede thermodynamisch stabile Struktur zu erzeugen.
Werfen wir einen Blick auf einige Arten von Nanotechnologie, mit denen Forscher zu kämpfen haben.
Verschiedene Arten von Nanobots und Anwendungen
Im Allgemeinen gibt es viele Nanoroboter. Hier sind nur einige davon.
- Kleinstmögliche Motoren. Eine Gruppe von Physikern der Universität Mainz in Deutschland hat kürzlich den kleinsten Einzelatom-Motor der Geschichte gebaut. Wie jeder andere Motor wandelt dieser Motor Wärmeenergie in Bewegung um - allerdings im kleinsten Maßstab. Das Atom ist in einem Kegel elektromagnetischer Energie gefangen und wird mit Hilfe von Lasern erwärmt und gekühlt, wodurch sich das Atom im Kegel wie ein Kolben eines Motors hin und her bewegt.
- 3D bewegte DNA-Nanomaschinen. Maschinenbauingenieure der Ohio State University entwarfen und bauten komplexe nanoskalige mechanische Teile unter Verwendung von DNA-Origami - ein Beweis dafür, dass dieselben grundlegenden Konstruktionsprinzipien, die für Maschinen in voller Größe gelten, auf DNA angewendet werden können - und komplexe Teile herstellen können. kontrollierte Komponenten für zukünftige Nanoroboter.
- Nanofins. Wissenschaftler der ETH Zürich und von Technion haben eine elastische "Nanoflosse" in Form eines Polypyrrol (Ppy) -Nanodrahts entwickelt, der 15 Mikrometer (Millionstel Meter) lang und 200 Nanometer dick ist und sich mit einer Geschwindigkeit von 15 Mikrometern pro Sekunde durch eine biologische Flüssigkeit bewegen kann. Nanofilme können angepasst werden, um Medikamente abzugeben und sie mithilfe von Magneten durch den Blutkreislauf zu führen, um beispielsweise auf Krebszellen abzuzielen.
- Ameisen-Nanomotor. Wissenschaftler der Universität Cambridge haben einen winzigen Motor entwickelt, der das 100-fache seines Eigengewichts auf jeden Muskel ausüben kann. Die neuen Nanomotoren könnten zu Nanorobotern führen, die klein genug sind, um lebende Zellen zu durchdringen und Krankheiten zu bekämpfen, sagen Wissenschaftler. Professor Jeremy Baumberg von Cavendish Laboratories, der die Studie leitet, nannte das Gerät eine "Ameise". Wie eine echte Ameise kann sie eine Kraft ausüben, die ein Vielfaches ihres Eigengewichts beträgt.
- Mikroroboter nach Spermatyp. Eine Gruppe von Wissenschaftlern der Universität Twente (Niederlande) und der Deutschen Universität in Kairo (Ägypten) hat spermienähnliche Mikroroboter entwickelt, die durch oszillierende schwache Magnetfelder gesteuert werden können. Sie könnten für eine ausgefeilte Mikromanipulation und gezielte therapeutische Aufgaben verwendet werden.
- Roboter basierend auf Bakterien. Die Ingenieure der Drexel-Universität haben eine Möglichkeit entwickelt, mithilfe elektrischer Felder mikroskopisch kleine Roboter, die von Bakterien angetrieben werden, Hindernisse zu erkennen und zu navigieren. Zu den Anwendungen gehören die Arzneimittelabgabe, die Manipulation von Stammzellen zur Steuerung ihres Wachstums oder die Konstruktion von Mikrostrukturen.
- Nano-Raketen. Mehrere Forschungsgruppen haben kürzlich eine Hochgeschwindigkeitsversion ferngesteuerter nanoskaliger Raketen gebaut, indem sie Nanopartikel mit biologischen Molekülen kombinierten. Wissenschaftler hoffen, eine Rakete zu entwickeln, die in jeder Umgebung eingesetzt werden kann. Zum Beispiel, um ein Medikament an einen Zielbereich des Körpers abzugeben.
Die Hauptanwendungsgebiete von Nano- und Mikromaschinen
Die Anwendungsmöglichkeiten solcher Nano- und Mikromaschinen sind praktisch unbegrenzt. Beispielsweise:
- Krebsbehandlung. Identifizieren und zerstören Sie Krebszellen genauer und effizienter.
- Wirkstoffabgabemechanismus. Aufbau gezielter Wirkstoffabgabemechanismen zur Krankheitskontrolle und -prävention.
- Medizinische Bildgebung. Die Bildung von Nanopartikeln, die sich in bestimmten Geweben ansammeln und dann den Körper während der Magnetresonanztomographie scannen, könnte Probleme wie Diabetes aufdecken.
- Neue Messgeräte. Mit praktisch unbegrenzten Möglichkeiten, die Sondierungs- und Scan-Eigenschaften von Nanorobotern abzustimmen, konnten wir unseren Körper entdecken und die Welt um uns herum effizienter messen.
- Informationsspeichergeräte. Ein Bioingenieur und Genetiker in Harvard Wyss hat erfolgreich 5,5 Petabit Daten - etwa 700 Terabyte - in einem Gramm DNA gespeichert und damit den bisherigen Rekord für die DNA-Datendichte tausendmal übertroffen.
- Neue Energiesysteme. Nanoroboter können eine Rolle bei der Entwicklung eines effizienteren Systems zur Nutzung erneuerbarer Energiequellen spielen. Oder sie könnten unsere modernen Maschinen so energieeffizienter machen, dass sie weniger Energie benötigen, um bei gleicher Effizienz zu arbeiten.
- Extra starke Metamaterialien. Auf dem Gebiet der Metamaterialien wird viel geforscht. Eine Gruppe am California Institute of Technology hat eine neue Art von Material entwickelt, das aus nanoskaligen Streben besteht, die denen des Eiffelturms ähneln, der zu einem der stärksten und leichtesten in der Geschichte geworden ist.
- Intelligente Fenster und Wände. Elektrochrome Geräte, die beim Anlegen eines Potentials ihre Farbe dynamisch ändern, werden umfassend für den Einsatz in energieeffizienten intelligenten Fenstern untersucht, die die Innentemperatur eines Raums aufrechterhalten, sich selbst reinigen und vieles mehr.
- Mikroschwämme zur Reinigung der Ozeane. Der Kohlenstoff-Nanoröhrchen-Schwamm, der Wasserschadstoffe wie Düngemittel, Pestizide und Pharmazeutika aufsaugen kann, ist dreimal wirksamer als frühere Optionen.
- Replikatoren. Diese vorgeschlagenen Vorrichtungen, auch als molekulare Assembler bekannt, können chemische Reaktionen durchführen, indem sie reaktive Moleküle mit atomarer Präzision anordnen.
- Gesundheitssensoren. Diese Sensoren könnten unsere Blutchemie überwachen, uns über alles informieren, schädliche Lebensmittel oder Entzündungen im Körper erkennen und so weiter.
- Verbindung unseres Gehirns mit dem Internet. Ray Kurzweil glaubt, dass Nanoroboter es uns ermöglichen werden, unser biologisches Nervensystem im Jahr 2030 mit der Wolke zu verbinden.
Wie Sie sehen, ist dies nur der Anfang. Die Möglichkeiten sind nahezu unbegrenzt.
Die Nanotechnologie hat das Potenzial, einige der größten Herausforderungen der heutigen Welt zu lösen. Sie könnten die Produktivität des Menschen verbessern, uns mit allen Materialien, Wasser, Energie und Nahrungsmitteln versorgen, uns vor unbekannten Bakterien und Viren schützen und sogar die Anzahl der Gründe für die Störung der Welt verringern.
Wenn das nicht genug ist, ist der Markt für Nanotechnologie riesig. Bis 2020 wird die globale Nanotechnologieindustrie auf einen Markt von 75,8 Milliarden US-Dollar wachsen.
ILYA KHEL
