Mi a nanotechnológia - példák, jövőbeli alkalmazások és kockázatok

Minden fizikai természetű ember - növények, ásványi anyagok, levegő - atomok és molekulák kombinációiból áll, amelyeket alak vagy elektronikus töltés köt össze. Az atomok nanoméretű manipulálása elméletileg lehetővé tenné az emberek számára, hogy mindent megismételjenek, a gyémántoktól az élelemig.

Noha az ilyen technológia előnyei gyakorlatilag számtalan, néhányan komoly aggodalmat keltettek abban, hogy a molekuláris manipuláció akaratlanul több problémát okozhat, mint megoldást - akár az emberi kihalásig, akár az ember kihalásáig. Az olyan szervezetek, mint az ausztráliai Föld barátai, a mexikói Savagery felé tartó magánszemélyek és az Amerikai Szerves Fogyasztók Szövetsége aktívan ellenzi a nano-méretű projektek további fejlesztését..

Mi az a „méretarány” és miért fontos??

A nanotechnológia az a tudomány, amely az atom manipulálásával foglalkozik atomi, molekuláris és szupramolekuláris méretekben - más szóval, sokkal kisebb, mint amit szabad szemmel láthat. Minden nanométer méter egymilliárd részének felel meg - körülbelül olyan hosszú, mint egy köröm egy másodperc alatt nő. A perspektíva szerint az emberi haj durván 80 000–100 000 nanométer, a vörösvérsejt 2500 nanométer, és az emberi DNS szálának átmérője 2,5 nanométer..

A nanotechnológia csak rendkívüli precíziós műszerek, például a pásztázó alagút-mikroszkóp és az atomerőmikroszkóp kifejlesztése révén vált lehetővé. Ígéretét és kockázatát a kvantumfizika egyre növekvő megértése okozza, amely ultra-kicsi tárgyakkal foglalkozik. Meglepő módon az anyagok nanoméretű viselkedése gyakran ellentétes azok tulajdonságaival nagyobb méretekben.

Például olyan ömlesztett anyagok, amelyek nem tudnak elektromos töltést hordozni - szigetelők - nano szinten félvezetőkké válhatnak, csakúgy, mint az olvadáspont és más fizikai tulajdonságok. Az alumíniumkoksz 20-30 nanométeres porréssé lehet őrölni, és önmagában is meggyulladhat a levegőben - ez egy tulajdonság, ami rakétaüzemanyag-katalizátort képez. Hasonlóképpen, mind a gyémánt, mind a ceruza a ceruzában szénből készül, de ezek tulajdonságai rendkívül eltérőek, mivel a szénatomok kötődnek.

Nano-terminológia

Ahogy a tudomány kibővült a „nano” területén, a terminológiával is. Íme néhány alapvető meghatározás:

• nanotechnológia: Bármely olyan technológia, beleértve a hagyományos ipari és kémiai folyamatokat is, amely magában foglal új és száz nanométer közötti struktúrákat, új tulajdonságokkal. A nanotechnológiai bevonatokat már használják foltálló rostokkal és például nagy teljesítményű fényvédő krémekkel való ruházat készítéséhez..
• Nanofactories: Nanoskálán minden gyártási módszer egyszerűen egy módszer az atomok elrendezésére. A „molekuláris összeszerelők” -nek is nevezett nanofaktorok apró, zárt rendszerű gyártóegységek, amelyek a reaktív molekulákat manőverezik, kombinálják és manipulálják, hogy összetett fizikai és biológiai szerkezeteket építsenek - ásványoktól az emberi szervekig és csontokig. Az egyetlen emberi sejt a biológiai molekuláris gyártó egység vagy nanofaktort tökéletes példa, amely digitális genetikai anyagot (DNS) olvas le a kombinációs folyamat irányításához. John Burch a Foresight Institute-ból azt jósolja, hogy a biológiai molekuláris mérnöki és gyártási alkalmazásoknak a 21. század közepére gyorsan bővülniük és fejlődniük kell.
• nanobots: Ezek a nanofaktorok termékei, de nem várható, hogy önmagukban ismétlődjenek vagy irányuljanak. A nanobotok a nanotechnológia és a robotika kereszteződésén esnek le, és ezen a ponton inkább tudományos-fantasztikus, mint tudományos. Természetesen léteznek érdekes lehetőségek ezek felhasználására, különösen az emberi testekben. Egyes futuristák azt gondolják, hogy a nanobotok egy napon képesek lehetnek átutazni a véráramban, keresve és kezelve specifikus beteg sejteket. Példa lehet egy nanobot, amely csak egy meghatározott típusú rákot támad meg és pusztít el.

A nanotechnológia jelenlegi és jövőbeli felhasználásai

A Toxikológiai Társaság szerint a nanotechnológia fejlődése már számos új anyagot állít elő. Emellett adaptálják a régi anyagokat, például a szént is, így „nagy potenciállal bírnak a fogyasztói és ipari termékek fejlesztésében, a kritikus energiaigények kielégítésében, a biztonsági rendszerek fejlesztésében és az orvosi terület fejlesztésében”.

A szén nanocsövek - képzeljünk el egy hengerelt szénatomot - most megjelennek a fogyasztási cikkekben, például a teniszütőben és a golfklubban. 200 acélszilárdságot és ötszörös rugalmasságot mutatnak, a réz elektromos vezetőképességének ötszörösét és az alumínium sűrűségének felét. Ezen túlmenően nem rozsdálódnak, nem bomlanak le a sugárzástól, nem terjednek ki vagy nem zsugorodnak a hőmérséklet-változással. E tekintetben nyilvánvalóvá válik az alkalmazásuk vonzereje olyan termékekben, mint például a gépjárművek és repülőgépek.

A Virginia Technél felmerülő nanotechnológiákkal foglalkozó projekt több mint 1790 létező, nanoréteg-alapú fogyasztói terméket sorol fel, ideértve a pamutleveleket, zsírtalanítókat, golftengelyeket, festékeket és kozmetikumokat. Egyes tudósok még azt jósolták, hogy a napelemeket végül olyan tartóssággal és olcsón fejleszteni lehet, hogy lehetővé tegyék tetőkben, járdákban és utakban való felhasználást - így nem szennyező, bőséges és olcsó energiaellátás nyílik meg..

A nanotechnológiát alkalmazó meglévő termékek konkrét példái a következők:

• A Seldon Technologies MineralWater rendszere egy szén nanocsövek szűrőberendezése, amely eltávolítja a kórokozókat és szennyező anyagokat, például vírusokat, baktériumokat, cisztákat és spórákat, és az ivóvíz szabványt meghaladó ivóvíz előállításához ivóvizet szolgáltat..
• A Linde Electronics szén nanocsövekkel ellátott tinta kijelzőkhöz, érzékelőkhöz és elektronikus eszközökhöz, például egy tekercses képernyővel ellátott okostelefonhoz vagy egy autó szélvédőjébe ágyazott átlátszó GPS-készülékhez készült..
• A titán-dioxidot vagy a cink-oxid nanorészecskéit tartalmazó fényvédő termékek tükrözik vagy elnyelik a rákot okozó ultraibolya fényt. Ezek a termékek láthatatlanok és tartósabbak, és kevesebb irritáló és allergén anyagot tartalmaznak, mint a hagyományos fényvédők.
• Sok vény nélküli kötszer most ezüst nanorészecskéket tartalmaz, amelyek megakadályozzák a vágások és kopások körüli fertőzést, hatékonyan keverve az antibiotikus kenőcsöt a kötszerrel.
• Antibakteriális medence folyadékok. Ezek hatékonyabbak a káros baktériumok elleni küzdelemben, miközben csökkentik az úszók expozícióját a korábbi termékek kemény vegyszereivel.

A Foresight Intézet előrejelzése szerint a nanofaktorok megnövekedett rendelkezésre állásának mindennapi előnyei a következőket foglalják magukban:

• Orvosi nanorobotok, amelyek gyógyítják a betegséget és megfordítják az öregedést. Robert Freitas, a Molekuláris Gyártás Intézetének vezető kutatója a Nanomedicine Book sorozatában olyan jövőt tervez, amelyben orvosi nanorobókat vezetnek az emberi testbe, hogy celluláris és mikroszkópos műtétet végezzenek, speciális sérüléseket kijavítsanak, és a test járőrözésével megfigyeljék és befolyásolják a betegséget. . Az Etikai és Feltörekvő Technológiák Intézetének weboldalán Burch egy forgatókönyvet írt le, amelyben egy bevett tabletta molekuláris anyagokat szállítana utasításokkal a nanobotok számára, hogy új neuronokat képezzenek a sérült vagy haldokló agysejtek helyett. Ezek az új agysejtek sokkal gyorsabban dolgozzák fel az információkat, mint egy biológiai agy, ugyanúgy, mint egy mesterséges végtag erősebb lehet, mint az emberi kar vagy láb..
• A gyártott termékek alacsonyabb költsége. Az alapköltségek olyan nyersanyagok értékére esnek, mint a szén, a nitrogén és az oxigén, valamint a nanofaktor működéséhez szükséges energia. Képzeljen el egy olyan autót, amely szénszálakból épül fel és nanofaktorokban készül - és nem olyan anyagokból, amelyek bányászatot, feldolgozást és konfigurálást igényelnek. Elméletileg gyakorlatilag bármilyen anyag vagy tárgy összeállítható fentről felfelé nanofaktorok kombinációjával. Nagyobb eredmények érhetők el, ha az egyidejű és a szinergetikus nanoméretű folyamatokat kombinálják. Eric Drexler, a nanotechnológia népszerűsítéséről ismert amerikai mérnök előrejelzi az asztali gyárak jövőjét, amelyek nagyméretű, hasznos termékeket készítenek, hasonlóan a „Star Trek” hírének „replikátorához”. Valójában 2014 júniusában a Nestle Egészségtudományi Intézete bejelentett egy új projektet, amely végül egy „konyhai géphez vezethet, amely testreszabott kiegészítőket vagy akár ételeket is létrehozhat”.
• A mesterséges általános intelligencia (AGI) fejlesztése. A Foresight Institute szerint a nanofaktorok olyan géprendszereket fognak foglalni, amelyek műszaki és műszaki munkákat végeznek, amelyek viszont több ezer alkalommal erősebb és olcsóbb számítógépeket fognak gyártani, mint a jelenlegi számítógépek. Ahogy a gépek megtanulják és átviszik az ismereteket az egyik alkalmazásból vagy környezetből a másikba, a gyors fejlődés valószínűvé válik. Van azonban néhány kérdés, hogy milyen gyorsan érhető el az AGI. 1990 óta 100 000 dolláros díjat kaptak mindenki, akinek a gépe becsaphatja a független bírókat arra, hogy azt gondolják, hogy emberi lény szabad formában folytatott beszélgetés közben. A díjat még ki nem osztották.
• Ipari kémiai szennyezés kiküszöbölése. Mivel az organikus élelmiszer-készletekben lévő összes atom felhasználásra kerül a végtermékben, vagy megfelelően csomagolt hulladékba kerül, a szennyező atomok nem kerülnek a környezetbe. Például a természetes szén szennyező anyagokat termel, például kén-dioxidot, nitrogén-oxidokat, levegőben lévő fizikai részecskéket és égetéskor higanyt. Egészségesebb és olcsóbb lenne egy mesterséges tüzelőanyag előállítása, amely kiküszöböli a melléktermékeket, vagy átalakítja azokat nem ártalmas formává.

A nanotechnológia veszélyei és kockázata

Még a nanotechnológia támogatói, mint például a Burch és a Drexler, felismerik annak veszélyét, és valószínűleg megsemmisítik az emberi fajt, ha a technológia ellenőrizetlen vagy félrevezetve van. Ezek a potenciálisan káros hatások a következők lehetnek:

• Túlnépesedés. A 80 évesnél fiatalabb emberek halálozási aránya az 1960-as évek óta évente mintegy 1,5% -kal csökkent. Robert Freitas, Jr. azt sugallja, hogy a nanotechnológia fejlődése kiküszöböli az összes genetikai betegséget és a lassú öregedést, „legalább tízszeresére növelve az emberi egészségi állapotot”. Ha a hosszú élettartam növekedése nem csökkenti a születéseket, az emberi faj exponenciálisan kibővül, fokozva a társadalmi feszültségeket és potenciálisan kimerítő erőforrásokat.
• A bűnözés és a terrorizmus növekedése. A kémiai és biológiai fegyverek halálosabbá válhatnak és könnyebben elrejthetők vagy nyomon követhetők, különösen akkor, ha elérhetővé válnak a fekete piacon, vagy ha házgyárban gyárthatók. A nanofaktorok elméletileg olyan intelligens gyalogsági fegyvert állíthatnak elő, amely olyan rovar méretű, amely képes halálos adag botulizmust hordozni. Egyetlen bőröndbe lehet csomagolni az ilyen fegyverek számát, amelyek a bolygó minden emberét meg tudják ölni.
• A haves és a nullpont közötti különbség. A nanotechnológiai fejlesztések valószínűleg kezdetben drágák lesznek, és ezért szabadalmak, törvények és versenyellenes akadályok védik őket. Ennek megfelelően az alacsonyabb költségek előnyei valószínűleg a technológia tulajdonosaira korlátozódnak. A szegénység és a jövedelmi különbségek eltúlzottak lehetnek, és ez társadalmi nyugtalanságot idézhet elő.
• Konfliktusok a vallási hiedelmek és életmód felett. Az egész világon a termékeket tiltják vagy korlátozják olyan vallási vagy erkölcsi elvek alapján, amelyek nem feltétlenül osztoznak a többségben. Ilyenek például a fegyverek Nagy-Britanniában, az alkohol a muzulmán társadalmakban és a szabadidős gyógyszerek különféle országokban. A tiltott termékek előállításának lehetősége a személyes nanofaktorokban zavarokat okozhat ezekben a társadalmakban.
• A „Grey Goo.„ Egyes tudósok attól tartanak, hogy az önreplikáló nanofaktorok elfuthatnak, és a bioszféra izgalmas erőfeszítéseit eszik, hogy korlátlan példányokat készítsenek magukról. Ahogyan a antiszociális viselkedés ellenállhatatlan a népesség egy bizonyos részére - amint ezt a létező számítógépes vírusok száma is igazolja - a felelőtlen emberek és csoportok valószínűleg önmagukban replikálják a nanofaktorokat, ezáltal növelik a katasztrófa esélyét..

Záró szó

Steve Jurvetson, a Draper Fisher Jurvetson kockázatitőke-társaság ügyvezető igazgatója szerint a nanotechnológia jövője nem „ha”, hanem „mikor” kérdése. Josh Wolfe, a Lux Capital társalapítója és a Forbes / Wolfe Nanotech jelentés szerkesztője egyetért azzal, hogy mindent - ruházatot, ételt, autót, házat, gyógyszert, kommunikációs eszközöket, a levegőt, amelyet lélegzünk, és az ivott vizet - megyünk át. mély és alapvető változás. Ennek eredményeként meg fog változni a világ társadalmi és gazdasági szerkezete is. ”

A nanotechnológia lesz-e a „filozófus kője”, amely képes minden vágyát megvalósítani, vagy Pandora dobozának kinyitása, amely elképzelhetetlen nehézségeket és szörnyűségeket bocsát ki az emberi életre, amint azt ismertük?