Нанотехнологии. Перспективные направления нанотехнологий

Огромное количество технологий, которыми ознаменовалось двадцатое столетие, на рубеже в 21 в. плавно перешло на кардинально новый уровень. И если  раньше, еще двадцать лет назад, большинство электронных гаджетов оставались на грани фантазии, то сейчас, они не только обрели вполне конкретную форму, но и положили начало развитию так называемых инновационных подходов во всех научных отраслях.

Нанотехнологии

Прогноз  развития нанотехнологий

Особую популярность в последнее время приобретают так называемые, нанотехнологии. Ученые дают настолько положительные прогнозы относительно развития нанотехнологий, то берутся составить примерный хронографический порядок (вплоть до 2050 года) их распространения и совершенствования.

Прежде чем приступить непосредственно к прогнозам развития, следует дать определение самому понятию «нанотехнологии».

Итак, что же это такое?

Нанотехнологиями называют отдельную самостоятельную отрасль прикладной науки, которая позволяет видоизменять структуру веществ, тем самым позволяя создавать кардинально новые формы. Нанотехнологии — это фундаментальные знания,  хотя бы потому, что в их основе лежат методы, позволяющие изменить атомную структуру материала. Другими словами, ученые, определенным образом воздействуя на интересующие их соединения, меняют их связи, вызывая последовательные метаморфозы с неким веществом или материалом.

Чаще всего, процесс происходит в масштабе 1 нм (нанометр, отсюда и назв.). 1 нанометр = 1. Ну а что касается истории развития, то хотя единого мнения на этот счет не существует, большинство считает, что начало как самостоятельной отрасли дал Ричард Фейнман, являющийся автором знаменитой в мире физике «Теории множеств» (There’s Plenty of Room at the Bottom).

Мельчайшие частицы вещества, имеющие в размер, в диапазоне от 1 до 100 нм, называют «наночастицами». Наночастицы в настоящее время оказывает огромное влияние на медицину, генетику, биологии, физику, химию и многие другие науки.

10 НАНОТЕХНОЛОГИЙ БУДУЩЕГО. Технологии будущего

Теперь, что касается прогнозов развития нанотехнологий

В настоящее время существует несколько основных подходов, описывающих потенциально возможное будущее, которое ждет нанотехнологии. Но о них по порядку. Попытка обобщить все имеющиеся сведения и составить наиболее точный прогноз впервые была предпринята в 2003 году, на американском сайте Nanotechnology News Network. Прогноз охватывает период с 2003 по 2050 год.

Тут же стоит отметить, что большинство прогнозов начали сбываться, и, что самое интересное, намного раньше ожидаемого времени. Основные силы были брошены на описание таких разделов, как наноэлектроника, наногенетика, квантовые вычисления, теория образовании мира (физ.) и многие другие. Есть те, которые не получили должного развития; но в целом, ситуация остается стабильной.

Есть несколько основных направлений, по которым ведутся прогнозы, к ним относится:

• Механосинтез
• Автоматизированная система ассемблеров и дисассемблеров
• Новейшие орбитальные станции
• Утилизация отходов

Направление: Механосинтез

Первый и самый ожидаемый проект в развитии нанотехнологий -это создание специального управляемого механического синтеза, который позволит без вмешательства человека, составлять нужные сочетания молекул, используя атомное приближение. Приближаться атомы будут до тех пор, пока не начнут функционировать соответствующие природные связи между атомами. Почему такого механосинтеза пока нет?

Потому что, для того, чтобы создать нужный механосинтез, нужен для начала наноманипулятор, основной задачей которого является захват атомов и сцепление их определенным образом в молекулы. Такой наноманипулятор может действовать в пределах определенного радиуса, равного 100 нм. Что касается самого наноманипулятора, им должен руководить либо робот, осуществляющий процесс сборки, либо очень мощный компьютер.

Сейчас же такого компьютера пока нет в природе, а процесс присоединения атомов производится с помощью электронного зонда, которым управляет человек. Такой тип интерфейса «человек -мощный компьютер — манипулятор», является весьма неэффективным, так как не является полностью автоматизированной.

По мнению экспертов, создание такого компьютера- эта задача, которая будет решена в период с 2010 по 2020 гг. Это объясняется тем, что уже на сегодняшний момент имеется предварительный проект компьютера и разработан он учеными из Института Молекулярного Производства. Как только такой компьютер будет изобретен и собран, в этот момент, согласно проекту должен быть собран аналогичный компьютер, но уже без вмешательства человека. Другими словами, один компьютер «сможет» собрать другой точно такой же компьютер.

Направление: Автоматизированная система ассемблеров и дисассемблеров

Следующим этапом в развитии нанотехнологий является полностью автоматизированная система, которая будет в состоянии собирать любой заданный объект без исключения. Основой для ее работы будет служить специально разработанная трехмерная модель сетки, в которой размещены различные атомы. Для начала команда роботов-дизассемблеров будет разбирать объект на составляющие части, после чего противоположная команда роботов — ассемблеров будет собирать этот же самый объект, но с другими заданными параметрами конфигурации. Это, по мнению опытных экспертов, наступит не раньше следующего десятилетия (2020-2030 гг). Возникает резонный вопрос, какова конечная цель такой системы? Ответ — автоматизированная система, позволит полностью исключить необходимость использования огромного количества комбинатов и фабрик, занимающихся производством широкой номенклатуры товаров и продуктов. Автоматизированная система будет оснащена специально разработанным комплексом сборки, который будет производить репликацию продуктов. Таким образом, в качестве примера можно назвать создания нанороботов, а также запасным частям и комплектующим к ним. На данный момент времени, нанороботы не могут быть созданы.

Направление: Новейшие орбитальные станции

Еще одним пунктом в списке ученых является создания качественно новых орбитальных станций, а также специальные роботы-амебы будут осуществлять процесс их освоения. Если говорить о более далеких прогнозах, то к 2045-2050 году, по мнению ученых, наука дойдет до такой степени, что с помощью нанотехнологий, будет возможно осуществлять процессы глубоководного строительства. Основное преимущество заключается в том, что при помощи свойства репликации, можно будет избежать глобальной мировой проблемы нехватки сырья, материалов и продуктов. Сам процесс создания и конструирования машин и механизмов переходит на качественно новый уровень. Также, при помощи применения нанотехнологий, возможен будет процесс преобразования различных видов энергии с высоким уровнем КПД, а также создавать специальные приемные устройства, которые будут видоизменять солнечную энергию в кинетическую энергию с аналогичным высоким уровнем коэффициента полезного действия.

Направление: Утилизация отходов

И, наконец, еще один важный прогнозируемый скачок — это использования нанотехнологий для максимально возможной оптимизации и рационализации процесса обработки отходов. В настоящее время, это важно, так как экологическая ситуация в мире оставляет желать лучшего и большего. Известный везде процесс под названием «recycling»,  станет более продуктивным и действенным. Это приведет к тому, что сырьевые запасы человечества не только резко увеличатся в объеме, но и будут постепенно наращиваться. Но, это пока, в наиболее долгой перспективе….

Подводя итог всему вышесказанному, можно сделать вывод, что основными направлениями, по которым будет проходить развитие нанотехнологий, станут физика, электроника и экология.

Что касается генной инженерии, биохимии и химии, — это совершенно отдельная отрасль, в которой нанотехнологии будут охватывать все большее и большее пространство!

Технологии будещего сегодня. Нанотехнологии ч.1.