10 прикладів незвичайного застосування нанотехнологій
Важко уявити собі майбутнє без нанотехнологій. Управління матерією на рівні атомів і молекул відкрило шлях до більшості самих неймовірних відкриттів в хімії, біології та медицині. Але можливості нанотехнологій набагато ширше і до кінця ще не вивчені.
10. Створення фільмів
Якби не винахід реєстрового тунельного мікроскопа (STM) в 1980 році, то сфера нанотехнологій залишилася б простий фантазією вчених. За допомогою мікроскопа вчені змогли вивчати структури матерії способом, який не був би можливим при використанні звичайних оптичних мікроскопів, які не могли забезпечити атомарному точність.
Дивовижні можливості растрового мікроскопа були продемонстровані дослідниками компанії IBM, коли створили "A Boy and His Atom" ( «Хлопчик і його атом»), найменший в світі мультиплікаційний фільм. Його створили, рухаючи окремі атоми матерії по мідній поверхні. Протягом 90 секунд хлопчик з молекул окису вуглецю міг грати з м'ячем, танцювати і підстрибувати на батуті. Весь сюжет фільму, що складається з 202 кадрів, відбувався на площі розміром в 1/1000 товщини людської волосини. Атоми вчені рухали за допомогою електрично зарядженого і дуже гострого стилуса, на кінчику якого знаходився один атом як наконечника. Подібний стилус не тільки здатний відокремити молекулу, але і пересунути її в потрібне місце і становище.
9. Видобуток нафти
За останнє десятиліття витрати на видобуток нафти в усьому світі виросли, але ефективність при цьому не зросла. Справа в тому, що коли видобуток нафти консервується нафтовою компанією в певному місці, в надрах землі залишається ще трохи менше половини видобутої раніше нафти. Але до цих покладів важко і дорого дістатися. На щастя, вчені з Китаю придумали спосіб, як вирішити цю проблему шляхом поліпшення вже існуючого методу буріння. Оригінальність методики полягає в тому, що в пори нафтоносної породи закачується вода, яка під тиском виштовхує нафту назовні. Але в цій методиці є свої труднощі, так як після витіснення нафти назовні почне виходити і закаченная раніше вода. І ось, щоб не допустити такого ефекту, китайські вчені Пен і Мін Юань Лі запропонували ідею змішання води з наночастинками, які зможуть закрити пори в гірській породі, даючи можливість воді вибирати більш вузькі проходи, щоб виштовхувати нафту.
8. Екрани з високою роздільною здатністю
Екрани з високою роздільною здатністю
Зображення на екрані комп'ютера передається пікселями - крихітними крапками. Через кількості таких точок, а не від їх розміру або форми, залежить якість зображення. Якщо збільшити кількість пікселів на традиційних моніторах, то автоматично необхідно збільшувати і розмір самого екрану, Провідні виробники якраз зайняті тим, що продають екрани великих розмірів споживачеві.
Розуміючи перспективи використання нанопікселей, дослідники з Оксфордського університету придумали спосіб, як створити пікселі в кілька сотень нанометрів в діаметрі. Під час експерименту, коли вчені затиснули між прозорими електродами кілька шарів, 300 на 300 нанометрів кожен, матеріалу GST в якості пікселя, то отримали зображення високої якості і високої контрастності. Нанопікселі завдяки своїм крихітним розмірами будуть набагато практичніше традиційних і можуть стати основою розвитку оптичних технологій, наприклад, розумні окуляри, штучна сітківка і складаний екран. Крім цього, нанотехнології НЕ енерговитратних, так як здатні оновлювати тільки частина екрану для передачі зображення, на що потрібно менше енергії.
7. Фарба, яка здатна міняти колір
Фарба, яка здатна міняти колір
Експериментуючи з наночастинками золота, вчені Каліфорнійського університету помітили, що при розтягуванні або стисканні дивним чином змінюється колір золотої нитки від яскраво-синього до фіолетового і червоного. Їм в голову прийшла ідея створити спеціальні датчики з наночастинок золота для індикації певних процесів, які тим чи іншим способом будуть впливати на частки. Наприклад, якщо встановити подібний датчик на меблів, то можна буде визначити, сидить людина або спить.
Щоб створити такі датчики вчені додавали наночастки золота до пластичної плівці. У той момент, коли на плівку впливали, вона розтягувалася, і наночастинки золота міняли колір. При легкому натисканні датчик ставав фіолетовим, а при сильному - червоним. Частинки срібла, наприклад, теж здатні міняти колір, але на жовтий. Такі датчики, незважаючи на використання дорогоцінних металів, що не будуть дорогими, так як їх розмір мізерно малий.
5. Розумна доставка ліків
Організму не потрібні ліки
Деякі медичні компанії, розуміючи загрозу поширення таких захворювань, як рак, лікування яких часто стає неефективним і несвоєчасним, зайнялися дослідженнями дешевих і ефективних способів боротьби з ними. Одна з таких компаній, Immusoft, зацікавилася розробкою способів доставки ліків в організм. Їх революційний підхід заснований на тому принципі, що людський організм за допомогою імунної системи сам здатний виробляти потрібні ліки, тим самим будуть заощаджуватися мільярди доларів на виробництво ліків фармацевтичними компаніями і терапію. Імунна система людини буде «перепрограмовано» на рівні генетичної інформації за допомогою спеціальної капсули нанорозміру, в результаті клітини почнуть виробляти власне ліки. Метод поки представлений тільки в вигляді теоретичних розробок, хоча експерименти над мишами були успішними. У разі ефективності метод прискорить одужання і зменшить витрати на лікування серйозних захворювань.
4. Комунікація на рівні молекул
Комунікація на рівні молекул
Електромагнітні хвилі, основа сучасних комунікаційних технологій, не є надійним засобом, так як будь-який електромагнітний імпульс, може не тільки порушити роботу супутника зв'язку, але і вивести його з ладу. Несподіване рішення даної проблеми було запропоновано вченими Університету в Ворвіку, Англія, і Університету в Йорку, Канада. Рішення було підказане вченим самою природою, а саме тим, як тварини спілкуються на відстані за допомогою запаху, яким вони кодують послання. Вчені теж спробували закодувати молекули випаровується спирту, застосувавши революційну комунікаційну технологію, і відправили повідомлення, яке містила наступне: «О, Канада».
Для кодування, передачі і прийому подібного повідомлення необхідна наявність передавача і приймача. На передавачі набирається текстове повідомлення за допомогою Arduino One (мікроконтролера для кодування), який перетворює текст через двійкового коду. Це послання розпізнається електронним розпилювачем зі спиртом, який «1» він замінює на один впорскування, а «0» - як пропуск. Потім приймач з хімічним сенсором вловлює спирт в повітрі і декодує його в текст. Повідомлення подолало шлях в кілька метрів на відкритому просторі. Якщо технологію вдосконалити, то людина буде здатна передавати повідомлення в важкодоступні місця, наприклад, тунелі або трубопроводи, де електромагнітні хвилі не приносять користі.
3. Оперативна пам'ять
Комп'ютерні технології за останнє десятиліття зробили величезний стрибок у розвитку щодо потужності і ємності зберігання інформації. Свого часу, 50 років тому, такий стрибок передбачав Джеймс Мур. Його ім'ям навіть був названий відповідний закон. Але сучасні фізики, а саме Мічіо Каку, заявляють, що закон припинить свою роботу, так як міць і ємність обчислювальної техніки не відповідає існуючим виробничим технологіям.
Вчені зараз змушені шукати альтернативні рішення даної проблеми. Наприклад, дослідники з Університету RMIT в Мельбурні на чолі з Шарат Шрірамой вже на шляху створення таких пристроїв, які будуть імітувати роботу людського мозку, а саме відділу зберігання інформації. У ролі «мозку» виступає наноплівка, хімічно запрограмована на зберігання електричних зарядів за принципом «включено», «вимкнений». Плівка в 10000 разів тонше за людську волосину стане ключовим фактором у розвитку революційних пристроїв зберігання інформації.
2. Нанотехнології на службі у мистецтва
Нанопортрет президента США
1. Нові рекорди
Teeny Ted From Turnip
Людина старанно працював над створенням чогось більшого за розміром, найшвидшого по швидкості і самого сильного за силою і потужності. Коли ж потрібно створити щось зовсім маленьке, то без нанотехнологій тут не обійтися. Наприклад, завдяки нанотехнологій була надрукована найменша книга в світі, Teeny Ted From Turnip. Її розміри становлять 70х100 мікрометрів. Сама книга складається з 30 сторінок, на яких розміщені літери з кристалічного кремнію. Вартість книги оцінюють в 15 000 доларів, а щоб її прочитати знадобиться не менш дорогий мікроскоп.