Menu Close

Nanotechnologia – skąd przychodzi, jaka jest, dokąd zmierza?

Nanoroboty: gdzie jesteśmy i dlaczego ich przyszłość ma tak niesamowity potencjał?
Ten wpis prezentuje aktualny status jednego z najpotężniejszych narzędzi jakie ludzkość kiedykolwiek stworzyła: nanotechnologia (albo nanotech).
Jest on pobieżnym zaledwie przeglądem prac prowadzonych w laboratoriach na całym świecie,  obejmujących potencjalne zastosowania nanotechnologii w dziedzinie zdrowia, energii, środowiska, inżynierii materiałowej, przechowywania i przetwarzania danych. Sztuczna inteligencja przyciąga ostatnio coraz więcej uwagi, ale w bardzo krótkim czasie zobaczymy i usłyszymy również o niezwykłych przełomach w świecie technologii.

Początki nanotechnologii
Większość historyków przypisuje narodziny koncepcji nanotechnologii fizykowi  Richardowi Feynman’owi i jego twierdzeniu z 1959r.: “Jest dużo miejsca na dole.” W swoim wystąpieniu Feynman przedstawił dzień, gdy maszyny będą zminiaturyzowane, a ogromne ilości informacji zakodowane w maleńkich przestrzeniach, utorują drogę dla przełomowych rozwiązań technologicznych.
Jedank dopiero w 1986 w książce „Engines of Creation: Nadchodząca Era Nanotechnologii”, K. Eric Drexler, naprawdę umieścił pomysł ten na mapie czasu. Drexler zakładał ideę samopowielających się nanomaszyn: maszyn, które budują inne maszyny. Ponieważ maszyny te są także programowalne, mogą więc być użyte nie tylko do replikacji samych siebie ale i budowy czegokolwiek tylko chcemy. Budowa odbywa się w skali atomowej, więc nanoboty mogą wykorzystać każdy rodzaj materiału (gleba, woda, powietrze – wszystko jedno co), atom po atomie, by zbudować coś z niczego. Drexler namalował obraz świata, w którym cała Biblioteka Kongresu zmieściłaby się w układzie scalonym o rozmiarach kostki cukru.
Ale zanim zbadamy możliwości nanotechnologii, poznajmy podstawy.

“Nanotechnologia” co to właściwie znaczy?
Nanotechnologia to nauka, technika i technologia prowadzona w nanoskali – tj. około 1 do 100 nanometrów. Zasadniczo, jest to manipulowanie i kontrola materiałów na poziomie atomowym i molekularnym. Dla porównania wizualizacja nanometra:

• 1 nm jest milion razy krótszy niż długość mrówki.
• Arkusz papieru ma grubość około 100 tysięcy nanometrów.
• Czerwona krwinka ma około 7,000-8,000 nanometrów średnicy.
• nici DNA maja 2,5 nanometra średnicy.

Nanorobot jest więc maszyną, która może budować i manipulować materią dokładnie na poziomie atomowym. Wyobraźmy sobie robota, który na tym poziomie usuwa, selekcjonuje i zmienia atomy podobnie jak dziecko bawiące się klockami LEGO i jest w stanie zbudować coś z podstawowych bloków atomowych (C, N, H, O, P, Fe, Ni, itd.). Niektórzy ludzie uważają nanoroboty za przyszłość w stylu science fiction, należy jednak zdać sobie sprawę, że każdy z nas już dzisiaj żyje z niezliczonymi nanobotami działających w każdej z naszych bilionów komórek. Dajemy im biologiczne nazwy jak “rybosomy”, ale są one zasadniczo maszynami  zaprogramowanymi na wykonywanie funkcji takich  jak np. “czytaj  RNA i twórz specyficzne białko.” Mówi się, że ważnym jest, by rozróżniać “mokre” lub “biologiczne” nanotechnologie, które zasadniczo wykorzystują DNA i maszynerię życia, aby stworzyć niepowtarzalne konstrukcje wykonane z białka lub DNA (jako materiał budowlany) i bardziej Drexlerowe nanotechnologie, który obejmują budowę jako swego rodzaju  “montaż” –  czyli urządzenia, które mogą drukować 3D w nanoskali z atomów i skutecznie tworzyć dowolną konstrukcję, która jest termodynamicznie stabilna. Przyjrzyjmy się kilku różnym typom nanotechnologii, które naukowcy rozwijają.

Różne typy Nanorobotów i Zastosowania
Istnieje wiele różnych typów nanorobotów – tu przedstawiamy kilka z nich.

– Grupa fizyków z Uniwersytetu w Mainz w Niemczech niedawno zbudowała najmniejszy silnik, jaki kiedykolwiek stworzono – z zaledwie jednego atomu. Jak każdy inny silnik, przetwarza on energię cieplną na ruch – ale robi to na mniejszą skalę niż ktokolwiek, kiedykolwiek widział. Atom jest uwięziony w stożku energii elektromagnetycznej, a lasery wykorzystywane są do ogrzewania go i schładzania, co powoduje, że atom, przenosi się tam i z powrotem w stożku jak tłok silnika.
– Inżynierowie mechanicy z Ohio State Uniwersytet zaprojektowali i wykonali złożone w  nanoskali części mechaniczne przy użyciu „origami DNA” “- dowodzi to, że te same podstawowe zasady projektowania, które odnoszą się do typowych pełnowymiarowych części maszyn mogą być również stosowane do DNA – i można produkować w ten sposób skomplikowane, sterowane elementy dla przyszłych nanorobotów.
– ETH Zurich i badacze Technion opracowali elastyczny nanoswimmer polipirolowy (PpY) nanodrut o około 15 mikrometrów długości (milionowych części metra) i 200 nanometrów grubości, który może poruszać się środowiskach płynów biologicznych prawie 15 mikrometrów na sekundę. Nanoswimmers mogą być użyte do dostarczania leków i jako magnetycznie sterowane wpływać w krwioobiegu docelowo do komórek nowotworów.
– Naukowcy z Cambridge University opracowali mały silnik o parametrach siły na jednostkę ciężaru prawie 100 razy wyższych niż w jakimkolwiek silniku lub mięśniach. Nowe nanosilniki mogłyby napędzać nanoroboty wystarczająco małe, by wejść do żywych komórek do walki z chorobami.  Profesor Jeremy Baumberg z Cavendish Laboratory, który prowadził badania, nazwał je “nanotransducers” – urządzeniami uruchamiającymi. Dysponują one olbrzymią siłą w stosunku do własnej wagi.
– “Zespół naukowców z University of Twente (Holandia) i niemieckiego uniwersytetu  w Kairze (Egipt) opracował mikroroboty inspirowane plemnikami i sterowane przez oscylujące słabe pola magnetyczne, mają one być  wykorzystane w kompleksowej mikro manipulacji i zadaniach ukierunkowanej terapii.
– Inżynierowie Drexel University opracowali metodę z wykorzystaniem pól elektrycznych pomocy mikroskopijnym robotom napędzanym bakteriami w wykrywaniu przeszkód w ich środowisku i omijaniu ich. Zastosowania obejmują m.in. dostarczanie leków, manipulowanie komórkami macierzystymi, kierowanie ich wzrostem lub budowę mikrostruktur.
– Kilka grup badaczy niedawno zbudowało szybką, zdalnie sterowaną wersję rakiety w nanoskali przez połączenie nanocząstek z cząsteczkami biologicznymi … Naukowcy mają nadzieję rozwijać je dzięki czemu mogłyby znaleźć zastosowanie w każdym środowisku, np. w podawania leków do obszaru docelowego organizmu.

Główne zastosowania nano i mikro-maszyn są prawie nieograniczone.

Leczenie Raka: Identyfikacja i niszczenie komórek nowotworowych dokładniej i skuteczniej.
Mechanizm Dostarczania Leków: Ukierunkowane mechanizmy precyzyjnego dostarczania leków zwalczających choroby i zapobiegające im.
Obrazowanie Medyczne: Tworzenie nanocząsteczek, które gromadząc się w niektórych tkankach pozwoliłyby na identyfikację takich problemów chorobowych po zeskanowaniu ciała rezonansem magnetycznym (MRI).
Nowego Rodzaju Sensory: Nowe możliwości konfigurowania nanorobotów odblokowują również nowe możliwości wykrywania które możemy zintegrować z systemami monitoringu i mierzenia świata wokół nas.
Magazynowanie Informacji: Inżynierowie i genetycy z Wyss Institute Uniwersytetu Harvarda z powodzeniem upakowali 5,5 petabitów danych – tj. około 700 terabajtów – w jednym gramie DNA, bijąc tym samym poprzedni rekord gęstości danych DNA ponad tysiąc razy.
Systemy „New Energy”: Nanoroboty mogą odgrywać rolę w rozwoju bardziej wydajnego systemu energii odnawialnej. Pozwolą na bardziej efektywnie wykorzystanie obecnych urządzeń tak, że ich zapotrzebowanie na energię do wykonania tej samej co dotychczas pracy będzie mniejsze.
Bardzo Wytrzymałe Metamateriały: Istnieje wiele badań nad metamateriałami. Zespół z Caltech opracowali nowy rodzaj materiału, składający się z rozpórek w nanoskali, krzyżujących się podobnie jak w wieży Eiffla. Są one jednymi z najmocniejszych i najlżejszych materiałów w historii.
Inteligentne Okna i Ściany: Elektrochromiczne urządzenia, dynamicznie zmieniające kolor, są szeroko badane pod kątem zastosowania w inteligentnych energooszczędnych oknach, mogących kontrolować temperaturę wewnątrz pomieszczenia oraz samooczyszczających się.
Mikrogąbki Sprzątające Ocean: Gąbka z nanorurek węglowych będące w stanie oczyszczać wodę z zanieczyszczeń takich jak nawozy, środki ochrony roślin i farmaceutyki itp.
Replikatory: Znane również jako “Molekularni monterzy ang. Molecular Assembler,”  – urządzenia będące w stanie prowadzić reakcje chemiczne poprzez pozycjonowanie reaktywnych cząsteczek z atomową dokładnością.
Czujniki Zdrowia: Mogą one monitorować skład naszej krwi i powiadamiać nas, gdy coś jest nie w porządku, lub wykrywać zepsutą żywność czy stany zapalne w organizmie.

Tak naprawdę to jednak dopiero początek, ale nieograniczone i jeszcze nie do końca wyobrażalne możliwości są już blisko.

Wg Peter Diamandis
Singularity Hub

Leave a Reply

Your email address will not be published.