Ce este Nanotehnologia - exemple, aplicații și riscuri viitoare

Tot ce este de natură fizică - ființe umane, plante, minerale, aer - este compus din combinații de atomi și molecule legate între ele fie prin formă, fie prin încărcare electronică. Manipularea atomilor la scară nano ar permite teoretic oamenilor să reproducă totul, de la diamante la alimente.

În timp ce beneficiile unei astfel de tehnologii sunt practic nenumărate, a creat o îngrijorare considerabilă pentru că manipularea moleculară poate aduce în mod involuntar mai multe probleme decât soluții - până la și, inclusiv, extincția umană. Organizații precum Friends of the Earth of Australia, Persoane fizice care se orientează spre sărăcia din Mexic și Asociația Consumatorilor Organici din America se opun activ pentru orice dezvoltare ulterioară a proiectelor la scară largă.

Ce este „Scara” și de ce este important?

Nanotehnologia este știința care se ocupă cu manipularea materiei la scară atomică, moleculară și supramoleculară - cu alte cuvinte, mult mai mică decât ceea ce poate vedea ochiul liber. Fiecare nanometru are o miliardime de metru - aproximativ lungimea pe care o unghie crește într-o secundă. Pentru a spune asta, un păr uman are aproximativ 80.000 până la 100.000 nanometri, o globulă roșie are 2.500 nanometri, iar o fire de ADN uman este de 2,5 nanometri în diametru..

Nanotehnologia a devenit posibilă doar prin dezvoltarea unor instrumente extraordinare de precizie, cum ar fi microscopul de tunelare de scanare și microscopul de forță atomică. Promisiunea și riscul acesteia apar din înțelegerea noastră din ce în ce mai mare a fizicii cuantice, care se ocupă de obiecte ultra-mici. Surprinzător, comportamentul substanțelor la nano-scară este adesea contrar proprietăților sale la scară mai mare.

De exemplu, substanțele sub formă vrac care nu pot transporta o sarcină electrică - izolatori - pot deveni semiconductori la nivel nano, la fel cum punctele de topire și alte proprietăți fizice se pot schimba. Un Coke de aluminiu se poate împământa într-o pulbere de 20 până la 30 de nanometri se poate aprinde spontan în aer - o proprietate care îl face un catalizator al rachetelor. În mod similar, atât un diamant, cât și un grafit dintr-un creion sunt fabricate din carbon, dar au proprietăți foarte diferite datorită modului în care se leagă atomii de carbon.

Nano-Terminologie

Pe măsură ce știința s-a extins în domeniul „nano”, la fel și terminologia. Iată câteva definiții de bază:

Nanotehnologia: Orice tehnologie, inclusiv procese industriale și chimice tradiționale, care implică structuri între unu și o sută de nanometri, cu proprietăți noi. Învelișurile de nanotehnologie sunt deja utilizate pentru a confecționa îmbrăcăminte cu fibre rezistente la pete și loțiuni de protecție solară de înaltă performanță, de exemplu.
Nanofactories: La nivel de nano, fiecare metodă de fabricație este pur și simplu o metodă de aranjare a atomilor. Numite și „asamblatori moleculari”, nanofactoriile sunt unități minuscule de fabricație cu sistem închis care manevrează, combină și manipulează molecule reactive pentru a construi structuri fizice și biologice complexe - de la minerale, la organele și oasele umane. O singură celulă umană este exemplul perfect al unei unități biologice de producție moleculară sau nanofactorie, care citește materialul genetic digital (ADN) pentru a ghida procesul de combinație. John Burch, de la Institutul de Previziuni, prevede că aplicațiile tehnologiei biologice biologice și de fabricație ar trebui să se extindă și să evolueze rapid până la mijlocul secolului XXI.
nanorobotii: Acestea sunt produse ale nanofactoriilor, dar nu se așteaptă să fie autoreplicate sau regizate. Nanobotii cad la intersecția nanotehnologiei și roboticii și sunt mai mult știință-ficțiune decât știință, în acest moment. Cu toate acestea, există cu siguranță posibilități intrigante pentru utilizarea lor, în special în corpurile umane. Unii futuriști proiectează că nanobotii pot într-o zi să călătorească prin fluxul sanguin căutând și tratând celule bolnave specifice. Un exemplu ar putea fi un nanobot care atacă și distruge doar cancerele de un tip specific.

Utilizările actuale și viitoare ale nanotehnologiei

Conform Societății de Toxicologie, progresele în nanotehnologie produc deja o varietate de materiale noi. De asemenea, aceștia adaptează materiale vechi, cum ar fi carbonul, oferindu-le astfel „potențial mare de a îmbunătăți consumatorii și produsele industriale, de a aborda nevoile critice de energie, de a îmbunătăți sistemele de securitate și de a îmbunătăți domeniul medical”.

Nanotuburile de carbon - imaginați-vă o foaie de atomi de carbon înrolată - apar acum în produsele de larg consum precum rachete de tenis și cluburi de golf. Acestea prezintă de 200 de ori rezistența și de cinci ori elasticitatea oțelului, de cinci ori conductivitatea electrică a cuprului și jumătate din densitatea aluminiului. În plus, nu ruginesc, nu se degradează din radiații sau nu se extind sau se contractă cu schimbarea temperaturii. În această privință, apelul aplicării lor în produse precum automobile și avioane devine destul de evident.

Proiectul privind Nanotehnologiile emergente de la Virginia Tech listează mai mult de 1.790 de produse de consum existente care sunt activate nano, inclusiv foi de bumbac, degresante, arbori de golf, vopsea și produse cosmetice. Unii oameni de știință chiar au prezis că celulele solare pot fi în cele din urmă dezvoltate cu o astfel de durabilitate și cu un cost atât de scăzut încât să permită utilizarea lor în acoperișuri, trotuare și drumuri - făcând loc pentru un aport de energie nepoluant, abundent și ieftin.

Exemple specifice de produse existente care utilizează nanotehnologie includ următoarele:

Sistemul MineralWater de la Seldon Technologies este un dispozitiv de filtrare a nanotuburilor de carbon care elimină agenții patogeni și contaminanții, cum ar fi virușii, bacteriile, chisturile și sporii, pentru a furniza apă potabilă care depășește standardul USEPA pentru apa potabilă.
Cerneala de nanotub de carbon Linde Electronics este destinată afișajelor, senzorilor și dispozitivelor electronice, cum ar fi un smartphone cu un ecran rulant sau un dispozitiv GPS vizibil încorporat în parbrizul unei mașini.
Produsele de protecție solară care includ dioxid de titan sau nano-particule de oxid de zinc reflectă sau absorb lumina ultravioletă care provoacă cancer. Aceste produse sunt invizibile și de durată mai lungă și au materiale iritante și alergene mai mici decât cremele solare tradiționale.
Multe bandaje over-the-counter conțin acum nanoparticule de argint care împiedică infecția în jurul tăieturilor și abraziunilor, amestecând eficient unguentul antibiotic cu bandajul.
Lichidele pentru piscină antibacteriană. Acestea sunt mai eficiente în combaterea bacteriilor dăunătoare, reducând în același timp expunerea înotătorilor la substanțele chimice dure ale produselor anterioare.

Așa cum a fost proiectat de Institutul de Previziuni, beneficiile zilnice ale unei disponibilități sporite de nanofactorii ar include următoarele:

Nanoroboturi medicale care vindecă bolile și îmbătrânesc invers. Robert Freitas, Senior Research Fellow la Institute for Molecular Manufacturing, proiectează în seria sa de carte Nanomedicină un viitor în care nanorobotele medicale sunt introduse în corpul uman pentru a efectua intervenții chirurgicale celulare și microscopice, pentru a repara leziunile specifice și pentru a patrula organismul pentru a identifica și a rezista bolii. . Pe site-ul web al Institutului pentru Etică și Tehnologii Emergente, Burch a descris un scenariu în care o pastilă ingerată ar furniza materiale moleculare cu instrucțiuni pentru nanoboturi să formeze noi neuroni care să înlocuiască celulele cerebrale deteriorate sau pe moarte. Aceste celule ale creierului ar procesa informațiile mult mai rapid decât un creier biologic, la fel cum un membre artificial poate fi mai puternic decât un braț sau un picior uman.
Cost redus al produselor fabricate. Costurile de bază vor scădea la valoarea materiilor prime, cum ar fi carbonul, azotul și oxigenul și energia necesară pentru a opera nanofactoria. Imaginează-ți un automobil construit din fibre de carbon și creat în nanofactorii - mai degrabă decât cu materiale care necesită extracție, prelucrare și configurare. Teoretic, practic orice material sau obiect poate fi asamblat de jos în sus printr-o combinație de nanofactorii. Rezultate la scară largă apar atunci când procesele simultane și sinergice sunt combinate. Eric Drexler, un inginer american cunoscut pentru popularizarea nanotehnologiei, prezice un viitor al fabricilor de birou care realizează produse mari, utile, asemănătoare cu „replicatorul” faimei „Star Trek”. De fapt, în iunie 2014, Institutul de Științe ale Sănătății Nestle a anunțat un nou proiect care poate duce la o „mașină de bucătărie care poate crea suplimente adaptate - sau chiar mâncare”.
Dezvoltarea informațiilor generale artificiale (AGI). Potrivit Foresight Institute, nanofactoriile vor include sisteme de mașini pentru inginerie și lucrări tehnice care, la rândul lor, vor produce computere care sunt de mii de ori mai puternice și mai ieftine decât computerele actuale. Pe măsură ce utilajele învață și transferă cunoștințele de la o aplicație sau mediu la alta, progresele rapide devin probabile. Cu toate acestea, există o anumită întrebare cu privire la cât de rapid poate fi obținut AGI. Din 1990, un premiu de 100.000 USD a fost disponibil pentru oricine a cărui mașină poate păcăli judecătorii independenți să creadă că este om în timp ce se angajează în conversații libere. Premiul nu a fost încă acordat.
Eliminarea poluării chimice industriale. Deoarece fiecare atom din stocul alimentar organic este utilizat în produsul final sau direcționat în deșeurile ambalate corespunzător, nu se eliberează atomi poluatori în mediu. De exemplu, cărbunele natural produce poluanți, cum ar fi dioxidul de sulf, oxizii de azot, particulele fizice aeriene și mercurul atunci când sunt arse. Construirea unui combustibil artificial care elimină produsele secundare sau le transformă în formă non-dăunătoare, ar fi mai sănătos și mai puțin costisitor.

Pericolele și riscurile Nanotehnologiei

Chiar și susținătorii nanotehnologiei, cum ar fi Burch și Drexler, își recunosc potențialul de a dăuna și de a anihila rasa umană dacă tehnologia este necontrolată sau direcționată greșit. Aceste efecte potențial dăunătoare includ următoarele:

suprapopularea. Rata mortalității la oameni cu vârsta de peste 80 de ani a scăzut cu aproximativ 1,5% pe an din anii '60. Robert Freitas, Jr. sugerează că progresele în nanotehnologie vor elimina toate bolile genetice și îmbătrânirea lentă, „creșterea sănătății umane de cel puțin zece ori”. Dacă creșterea longevității nu reduce nașterile, rasa umană s-ar extinde exponențial, agravând tensiunile societății și epuizând resursele potențial..
Creșterea criminalității și a terorismului. Armele chimice și biologice ar putea deveni mai mortale și mai ușor de ascuns sau de urmărit, mai ales dacă devin disponibile pe piața neagră sau pot fi construite într-o fabrică de origine. Nanofactoriile teoretic ar putea produce o armă inteligentă antipersonală de dimensiunea unei insecte capabile să poarte o doză letală de botulism. Numărul de astfel de arme capabile să ucidă fiecare ființă umană de pe planetă ar putea fi împachetat într-o singură valiză.
Disparitate între Haves și Posesori. Evoluțiile nanotehnologiei sunt probabil costisitoare și, în consecință, protejate de straturi de brevete, legi și bariere anticoncurențiale. În consecință, avantajele costurilor mai mici sunt probabil limitate la proprietarii tehnologiei. Sărăcia și diferența de venituri ar putea deveni mai exagerate, generând astfel tulburări sociale.
Conflicte asupra credințelor religioase și a stilurilor de viață. În întreaga lume, produsele sunt interzise sau restricționate pe baza principiilor religioase sau morale care nu sunt neapărat împărtășite de majoritate. Exemple includ arme în Marea Britanie, alcool în societățile musulmane și droguri de agrement în diferite țări. Capacitatea de a produce produse interzise în nanofactoriile personale ar putea provoca perturbări în aceste societăți.
Apariția „Grey Goo.„ Unii oameni de știință sunt îngrijorați de faptul că nanofactoriile auto-replicate pot rula amok, consumând biosfera într-un efort frenetic de a face copii nelimitate. La fel cum un comportament antisocial este irezistibil pentru un anumit procent din populație - așa cum este evidențiat de numărul de viruși informatici existenți - persoanele și grupurile iresponsabile pot face nanofactorii auto-replicabile, crescând astfel posibilitatea de dezastru..

Cuvânt final

Steve Jurvetson, directorul firmei de capital de risc Draper Fisher Jurvetson, susține că viitorul nanotehnologiei nu este o problemă „dacă”, ci mai degrabă „când”. Josh Wolfe, co-fondatorul Lux Capital și redactorul Raportului Forbes / Wolfe Nanotech este de acord, afirmând că totul - îmbrăcăminte, alimente, mașini, locuințe, medicamente, dispozitive de comunicare, aerul pe care îl respirăm și apa pe care o bem - vor fi supuse „ schimbare profundă și fundamentală. Și, ca urmare, la fel va fi și structura socială și economică a lumii. ”

Nanotehnologia va fi „piatra filosofului” capabilă să facă realitatea oricărei dorințe sau deschiderea cutiei lui Pandora, care va produce greutăți și oroare de neimaginat pe viața umană așa cum o știm?