ЧУДЕСА нанотехнологии

Нанотехнологии. Просто о сложном.

«Нанотехнологии произведут такую же революцию в манипулировании материей, какую произвели компьютеры в манипулировании информацией».
Ральф Меркле

Нанотехнологии – самые современные, но в тоже время наименее развитые технологии. На их развитие современные экономические державы ежегодно тратят миллиарды долларов. Чем же вызвано такое внимание к этой области современной науки?
 Дело все в том, что нанотехнологии способны изменить жизнь человечества круче, чем это сделали в свое время появление письменности, открытие электричества и даже изобретение компьютера.

С помощью нанотехнологий ученые планируют создавать микроскопических роботов, устройства контроля за экообстановкой на планете, суперпроцессоры, быстродействие которых будет в тысячи раз больше, чем у ныне существующих.  

Также в планы ученых входит разработка «умных» лекарств, которые будут сами находить больную клетку, и действовать на нее, не задевая остальные. Благодаря ним получится, наконец, победить СПИД.
Но нанотехнологии позволят не только создать множество новой техники, но и усовершенствовать уже существующую. Например, в Японии успешно ведут опыты по внедрению в ноутбуки топливных ячеек, которые заменяют батареи. Ноутбук с такими ячейками способен проработать несколько суток без подзарядки.

Слово «нано» (от греческого nanos – карлик) это приставка, означающая одну миллиардную долю чего-либо (в нашем случае речь идет о размере, поэтому будем говорить о нанометре – одной миллиардной доле метра).

Атом (греч. atomos – неделимый) – мельчайшая частица химического элемента. Однако вопреки названию атом не является неделимым, так как сам состоит из ядра и электронов. Для удобства ученые считают, что атом имеет форму шара. Объединяясь, несколько атомов создают молекулу. Молекулу можно представить как совокупность шариков (атомы) и соединяющих их палочек (межатомные связи). Все вещества в природе, включая нас с вами, состоят из атомов и молекул.
Все атомы, а также некоторые маленькие молекулы, имеют размеры порядка 1 нм (нанометра). Нанотехнологии – это совокупность методов производства продуктов заданной атомарно-молекулярной структуры путем манипулирования атомами и молекулами.

Каким же образом мы можем манипулировать атомами и молекулами?

У ученых есть разработки в области манипулирования, но они позволяют строить лишь несложные наносистемы, о которых мы и поговорим.
Из множества уже созданных нанопроектов выделяются несколько, например, костюм-невидимка. Думаете, это шутка? Нисколько. Учеными разработан материал, способный делать объекты невидимыми. Кажется, уже в ближайшие годы мы получим первого настоящего «человека-невидимку».

Правительство США планирует к 2018 году оснастить таким камуфляжем своих солдат. Принцип работы костюма-невидимки будущего прост: он представляет собой наноматериал, в который встроены миниатюрные видеодатчики и светоизлучающие элементы. Каждый датчик, принимающий изображение из какой-либо точки, например, со спины, посылает видеосигнал на процессор, который перенаправляет его на соответствующий участок «экрана» спереди.

При этом процессор моделирует траекторию луча таким образом, как если бы между принимающим датчиком и светоизлучающим элементом ничего не было. Это позволяет наблюдателю видеть предметы, которые фактически находятся за обладателем костюма. Технологией «невидимости» наверняка заинтересуются хирурги, которым собственные руки и инструменты часто мешают видеть оперируемые органы. Летчики также будут не против «прозрачного» пола в кабине самолета, показывающего все детали посадки.

Очень интересны проекты по изготовлению сенсоров «электронный язык» и «электронный нос». Электронный нос имитирет работу человеческого органа обоняния и представляет собой программируемый набор датчиков, каждый из которых «нюхает» отдельный компонент запаха вещества или продукта. Чем больше датчиков установлено, тем точнее результат.

Электронный нос с помощью наносенсоров способен уловить и детектировать настолько малые концентрации веществ, что с ним не сравнится ни одна ищейка. В одном из вариантов электронного носа присоединение молекулы к поверхности сенсора, представляющего собой тончайшую иглу толщиной в 100 нм (миллиардная доля метра) и длиной 50 микрон (миллионная доля метра), вызывает изменение частоты колебаний иглы за счет изменения ее массы. Измеряя новую частоту колебаний иглы, можно определить присутствие специфических групп молекул.

Для анализа многокомпонентных жидкостей ученые из Санкт-Петербургского университета Юрий Власов и Андрей Легин совместно с итальянскими коллегами из Римского университета «Тор Вергата» изготовили систему химических сенсоров типа «электронный язык». Этот прибор распознает жидкости сложного состава по вкусу, то есть выполняет работу электронного дегустатора. В основе этой системы – массив сенсоров.

Издавна принято различать четыре основных вкуса: кислый, сладкий, соленый и горький. В целом же считается, что вкусовые ощущения связаны с характерными сигналами – «отпечатками», порождаемыми разными сочетаниями импульсов от вкусовых рецепторов языка. На этих же принципах строится и работа электронного языка.

я) на тот или иной вкус. Комбинация сигналов сенсоров составляет электронный «отпечаток» вкуса. Возможности распознавания вкуса с помощью «электронного языка» ученые показали на примере минеральной воды, соков, кофе и растительного масла: электронный дегустатор успешно различил около 30 видов грузинских и итальянских минеральных вод, более 30 различных соков, 15 типов кофе, представляющих смеси разных близких по вкусу сортов. Разумеется, «электронный язык» легко отличил настоящую, природную минеральную воду от ее искусственной подделки, хотя по основному химическому составу они были практически идентичны.

Умная пыль

Нельзя оставить без внимания и интересную разработку американской военной промышленности. Этот проект называется «умная пыль». В 1998 году американские ученые из военного агентства DARPA выдвинули концепцию «умной пыли». Суть ее заключается в том, чтобы разбрасывать с самолетов над зоной боевых действий тысячи крошечных сенсоров-радиопередатчиков, которые незаметно для противника станут отслеживать все его перемещения и действия.

Это лишь несколько самых интересных нанопроектов, чтоб описать все, не хватит и целого журнала. Видя темпы развития нанотехнологий сегодня, можно с уверенностью сказать, что пройдет еще лет двадцать, и все мы заживем в наномире, потому что нанотехнологии будут неразрывно связаны с нашей повседневной жизнью.