Шта је нанотехнологија - примери, будуће апликације и ризици

Све физичке природе - људи, биљке, минерали, ваздух - састоји се од комбинације атома и молекула повезаних или обликом или електронским набојем. Манипулирање атома нано-вагом теоретски би омогућило људима да репродуцирају све, од дијаманата до хране.

Иако су користи од такве технологије готово небројене, међу некима је створио велику забринутост да молекулска манипулација може намјерно донијети више проблема него рјешења - до, укључујући и изумирање људи. Организације попут пријатеља Земље Аустралије, појединаца који теже ка Савагингу у Мексику и Удружења органских потрошача у Америци активно се противе било каквом даљњем развоју нано-скали пројеката.

Шта је скала и зашто је важно?

Нанотехнологија је наука која се бави манипулацијом материјом на атомској, молекуларној и супрамолекуларној скали - другим речима, много мањим од онога што голим оком може да види. Сваки нанометар је један милијарда метра - отприлике дужина која нокат расте у једној секунди. Да би се то перспективно рекло, људска длака је широка отприлике 80 000 до 100 000 нанометара, црвена крвна зрнца је 2 500 нанометара, а прамен људске ДНК пречника 2,5 нанометра..

Нанотехнологија је постала могућа само развојем изванредних прецизних инструмената, попут скенирајућег тунелирајућег микроскопа и микроскопа атомске силе. Обећање и ризик произилазе из нашег растућег разумевања квантне физике, која се бави ултра-малим објектима. Изненађујуће, понашање супстанци на наносемену је често у супротности са његовим својствима у већем обиму.

На пример, материје у расутом стању које не могу да носе електрични набој - изолатори - могу постати полуводичи на нано нивоу, баш као што се тачке топљења и друга физичка својства могу мењати. Кокс алуминијума може се млети у прах од 20 до 30 нанометара и може се спонтано запалити у ваздуху - својство које га чини катализатором ракетног горива. Слично томе, и дијамант и графит у оловци су направљени од угљеника, али имају знатно другачија својства због начина везања атома угљеника.

Нано-терминологија

Како се наука проширила у „нано“ пољу, тако се изразила и терминологија. Ево неколико основних дефиниција:

Нанотехнологија: Било која технологија, укључујући традиционалне индустријске и хемијске процесе, која укључује структуре величине од стотину нанометара, са новим својствима. Нанотехнолошки премази се већ користе за израду одеће од влакана отпорних на мрље и лосион за заштиту од сунца, високих перформанси, на пример.
Нанофацториес: На нано-скали, свака метода производње је једноставно метода за сређивање атома. Назване и "молекуларни монтери", нанофактуре су малене производне јединице затвореног система које маневрирају, комбинују и манипулишу реактивним молекулама за изградњу сложених физичких и биолошких структура - од минерала, до људских органа и костију. Једна људска ћелија савршен је пример биолошке молекуларне производне јединице, или нанофакторне, која чита дигитални генетски материјал (ДНК) да би водила процес комбинације. Јохн Бурцх са Института за предвиђања предвиђа да би примена биолошког молекуларног инжењеринга и производње требало да се брзо шири и развија до средине 21. века.
Наноботс: То су производи од нанофакторија, али се не очекује да се сами понављају или усмеравају. Наноботи падају на пресеку нанотехнологије и роботике и у овом тренутку су више научна фантастика него наука. Међутим, сигурно постоје интригантне могућности за њихову употребу, посебно у људским телима. Неки футуристи пројектују да би наноботи једног дана могли да путују крвотоком тражећи и лечећи специфичне болесне ћелије. Пример може бити нанобот који напада и уништава рак одређене врсте.

Тренутна и будућа употреба нанотехнологије

Према Друштву за токсикологију, напредак у нанотехнологији већ производи разне нове материјале. Они такође прилагођавају старе материјале, попут угљеника, дајући им „велики потенцијал за побољшање потрошачких и индустријских производа, решавање критичних потреба за енергијом, унапређење безбедносних система и побољшање области здравља“.

Угљен-наноцјевчице - замислите да им је накопан лист атома угљеника - сада се појављују у потрошачким производима попут тениских рекета и голф клубова. Они показују 200 пута већу чврстоћу и пет пута већу еластичност челика, пет пута већу електричну проводљивост бакра и половину густине алуминијума. Поред тога, оне не рђају, не разграђују се од зрачења или се шире и не смањују промене температуре. С тим у вези, привлачност њихове примене у производима као што су аутомобили и авиони постаје сасвим очигледна.

Пројекат о новим технологијама нанотехнологије у Виргиниа Тецх-у набраја више од 1.790 постојећих потрошачких производа који имају нано-могућност, укључујући памучне листиће, одмашиваче, игралишта за голф, боје и козметику. Неки научници су чак предвидели да се соларне ћелије могу развити тако дуготрајно и по тако малој цени да се омогући њихова употреба у крововима, тротоарима и путевима - стварајући место за загађивање, обилно и јефтино снабдевање енергијом.

Конкретни примери постојећих производа који користе нанотехнологију укључују следеће:

МинералВатер систем Селдон Тецхнологиес је уређај за филтрирање угљеничне наноцјевчице који уклања патогене и контаминанте као што су вируси, бактерије, цисте и споре за испоруку воде за пиће која прелази УСЕПА стандард за питку воду.
Тинта карбонске наноцјевчице Линде Елецтроницс намењена је екранима, сензорима и електронским уређајима као што је паметни телефон са рол-уп екраном или пролазни ГПС уређај уграђен у ветробранско стакло аутомобила..
Производи за заштиту од сунца који укључују нано-честице титановог диоксида или цинковог оксида рефлектирају или апсорбују ултраљубичасту светлост која узрокује рак. Ови производи су невидљиви и дуготрајнији, а имају ниже иритативне и алергене материјале у односу на традиционалне креме за сунчање.
Многи завоји без рецепта сада садрже наночестице сребра које спречавају инфекцију око посекотина и огреботина, ефикасно мешајући антибиотску маст са завојем.
Антибактеријске течности за базене Оне су ефикасније у борби против штетних бактерија, док смањују излагање пливача оштрим хемикалијама претходних производа.

Како предвиђа Институт за предвиђање, свакодневне предности повећане доступности нанофакторија укључују следеће:

Медицински нанороботи који лече болест и обрнуто старење. Роберт Фреитас, старији истраживач на Институту за молекуларну производњу, у својој серији књига Наномедицине пројектује будућност где се медицински нанороботи уводе у људско тело ради обављања ћелијских и микроскопских операција, поправљања специфичних повреда и патролирања тела ради препознавања и отпора болести . На веб страници Института за етику и технологије у настајању, Бурцх је описао сценарио где би гутана пилула снабдевала молекулске материјале упутствима за нано-ботове како би формирала нове неуроне који би заменили оштећене или умируће мождане ћелије. Те нове ћелије мозга би обрађивале информације много брже од биолошког мозга, баш као што вештачки уд може бити јачи од људске руке или ноге.
Смањени трошкови произведених производа. Основни трошкови ће пасти на вредност сировина као што су угљеник, азот и кисеоник и енергије потребне за рад нанофакторских материјала. Замислите аутомобил изграђен од угљеничних влакана и створен у нанофабрикама - а не од материјала који захтијевају рударство, обраду и конфигурацију. Теоретски, готово било који материјал или предмет може се саставити одоздо према горе комбинацијом нанофабрика. Резултати великог обима настају када се комбинују симултани и синергистички наноскалијски процеси. Ериц Дреклер, амерички инжењер познат по популаризацији нанотехнологије, предвиђа будућност фабрика столних врхова који праве велике, корисне производе, сличне „репликатору“ славе „Стар Трек“. У ствари, у јуну 2014. године, Нестлеов Институт за здравствене науке најавио је нови пројекат који би на крају могао довести до „кухињске машине која може да створи прилагођене додатке - или чак храну“.
Развој вештачке опште интелигенције (АГИ). Према Институту Форесигхт, нанофактуре ће укључивати машинске системе за инжењерски и технички рад који ће заузврат произвести рачунаре који су хиљадама пута снажнији и јефтинији од садашњих рачунара. Док машине уче и преносе знање из једне апликације или окружења у другу, брзи напредак постаје вероватан. Међутим, постоји неко питање колико брзо се АГИ може постићи. Од 1990. године награда од 100.000 долара доступна је свима којима машина може заварати независне суце да мисле да је то човек док је укључен у разговор слободног облика. Награда још није додељена.
Елиминација индустријског хемијског загађења. Будући да се сваки атом органске хране користи у коначном производу или усмерава у правилно запаковани отпад, не загађују се атоми у околину. На пример, природни угаљ ствара загађиваче, као што су сумпор диоксид, азотни оксиди, физичке честице које се преносе у ваздух и жива када се сагоревају. Изградња вештачког горива која елиминише нус-производе или их претвара у нешкодљив облик била би здравија и јефтинија.

Опасности и ризици нанотехнологије

Чак и заговорници нанотехнологије, као што су Бурцх и Дреклер, препознају његов потенцијал да наштети и евентуално уништи људску расу ако се технологија неконтролише или погрешно усмери. Ови потенцијално штетни ефекти укључују следеће:

Пренасељеност. Стопа смртности код људи старијих од 80 година смањила се око 1,5% годишње од 1960-их година. Роберт Фреитас, Јр. Сугерише да ће напредак у нанотехнологији елиминисати све генетске болести и успорити старење, „повећавајући здравствени систем човека најмање десет пута“. Ако повећање дуговечности не смањи наталитет, људска раса би се експоненцијално проширила, погоршавајући друштвену тензију и потенцијално исцрпљујући ресурсе.
Повећање криминала и тероризма. Хемијско и биолошко оружје могло би постати смртоносније и лакше их је сакрити или пратити, посебно ако постану доступне на црном тржишту или се могу конструисати у кућној фабрици. Нанофакторији теоретски би могли произвести интелигентно противпјешадијско оружје величине инсекта способног да носи смртоносну дозу ботулизма. Број таквог оружја способног да убије свако људско биће на планети може да се спакује у један кофер.
Несклад између Хавес и Нотс. Развој нанотехнологије ће вероватно бити почетно скуп и тиме заштићен слојевима патената, закона и баријера против конкуренције. Сходно томе, користи нижих трошкова вероватно ће бити ограничене на власнике технологије. Сиромаштво и неједнакост у дохотку могли би постати преувеличани, стварајући тако социјалне немире.
Сукоби због вјерских увјерења и стилова живота. Широм свијета производи су забрањени или ограничени на основу вјерских или моралних принципа које већина не мора нужно дијелити. Примери укључују оружје у Британији, алкохол у муслиманским друштвима и рекреативне дроге у различитим земљама. Могућност производње забрањених производа у личним нанофактријама могла би проузроковати поремећаје у тим друштвима.
Изглед “Греи Гоо.„ Неки научници су забринути да самообнавајуће нанофактуре могу радити амок, једући биосферу у бесном напору да направе неограничене копије. Баш као што је антисоцијално понашање за одређени проценат становништва неодољиво - о чему сведочи и број рачунарских вируса који постоје, тако ће и неодговорни људи и групе вероватно створити самообнављајуће нанофактуре, повећавајући тако могућност катастрофе.

Завршна реч

Стеве Јурветсон, генерални директор компаније за ризични капитал Драпер Фисхер Јурветсон, тврди да будућност нанотехнологије није питање „ако“, већ „када“. Јосх Волфе, суоснивач Лук Цапитал-а и уредник Форбес / Волфе Нанотецх Репорт-а слаже се, рекавши да ће све - одјећа, храна, аутомобили, кућиште, лијекови, комуникацијски уређаји, зрак који удишемо и вода коју пијемо - проћи “ дубока и фундаментална промена. Као резултат тога ће бити и друштвена и економска структура свијета. "

Да ли ће нанотехнологија бити „филозофски камен“ способан да се свака жеља оствари?