Čo je nanotechnológia - príklady, budúce aplikácie a riziká

Všetko, čo má fyzický charakter - ľudské bytosti, rastliny, minerály, vzduch - sa skladá z kombinácií atómov a molekúl spojených dohromady tvarom alebo elektronickým nábojom. Manipulácia s atómami na nanoúrovni by teoreticky umožnila ľuďom reprodukovať všetko od diamantov po jedlo.

Aj keď výhody takejto technológie sú doslova nespočetné, medzi niektorými z nich vzbudili značné obavy, že molekulárna manipulácia môže nevedomky priniesť viac problémov ako riešení - až po ľudské vyhynutie. Organizácie, ako sú Priatelia Austrálie z Austrálie, Jednotlivci, ktorí sa starajú o Savagery v Mexiku a Organické združenie spotrebiteľov v Amerike, sa aktívne stavajú proti akémukoľvek ďalšiemu rozvoju projektov v malom rozsahu..

Čo je „mierka“ a prečo je dôležitá?

Nanotechnológia je veda, ktorá sa zaoberá manipuláciou s hmotou v atómovej, molekulárnej a supramolekulárnej mierke - inými slovami, omnoho menšia, než to, čo môže vidieť oko. Každý nanometer je jedna miliardtina metra - približne dĺžka, ktorú rastie necht za sekundu. V perspektíve sú ľudské vlasy široké zhruba 80 000 až 100 000 nanometrov, červené krvinky majú 2 500 nanometrov a vlákno ľudskej DNA má priemer 2,5 nanometrov.

Nanotechnológia sa stala možnou iba vďaka vývoju mimoriadne presných prístrojov, ako je skenovací tunelový mikroskop a mikroskop s atómovou silou. Jeho sľub a riziko vyplývajú z nášho rastúceho chápania kvantovej fyziky, ktorá sa zaoberá ultramalými predmetmi. Prekvapivo je správanie látok na nanoúrovni často v rozpore so svojimi vlastnosťami vo väčšom meradle.

Napríklad látky v hromadnej forme, ktoré nemôžu niesť elektrický náboj - izolátory - sa môžu stať polovodičmi na nano úrovni, rovnako ako sa môžu meniť teploty topenia a iné fyzikálne vlastnosti. Hliníkový koks sa môže rozdrviť na prášok s veľkosťou 20 až 30 nanometrov, ktorý sa môže spontánne vznietiť na vzduchu - čo je vlastnosť, ktorá z neho robí katalyzátor raketového paliva. Podobne diamant aj grafit v ceruzke sú vyrobené z uhlíka, ale vzhľadom na spôsob väzby atómov uhlíka majú značne odlišné vlastnosti..

Nano-Terminológia

S rozširovaním vedy v oblasti „nano“ platí aj terminológia. Tu je niekoľko základných definícií:

nanotechnológie: Akákoľvek technológia vrátane tradičných priemyselných a chemických procesov, ktorá zahŕňa štruktúry medzi sto a nanometrom, s novými vlastnosťami. Nanotechnologické povlaky sa už používajú na výrobu odevov z vlákien odolných voči škvrnám a vysoko účinných krémov na opaľovanie, napríklad.
Nanofactories: Na nanomateriáli je každý výrobný postup jednoducho metódou usporiadania atómov. Takzvané „molekulárne zostavovače“ sú nanofaktérie malé výrobné jednotky s uzavretým systémom, ktoré manévrujú, kombinujú a manipulujú s reaktívnymi molekulami, aby vytvorili zložité fyzikálne a biologické štruktúry - od minerálov, po ľudské orgány a kosti. Jedna ľudská bunka je dokonalým príkladom jednotky na výrobu biologických molekúl alebo nanofaktorov, ktorá číta digitálny genetický materiál (DNA), ktorý vedie proces kombinácie. John Burch z Foresight Institute predpovedá, že aplikácie biologického molekulárneho inžinierstva a výroby by sa mali do polovice 21. storočia rýchlo rozšíriť a vyvíjať..
nanobots: Sú to produkty nanovláken, ale neočakáva sa, že sa budú replikovať alebo riadiť. Nanoboty spadajú na priesečník nanotechnológií a robotiky a v tomto bode sú skôr sci-fi ako veda. Existujú však určite zaujímavé možnosti ich použitia, najmä v rámci ľudských tiel. Niektorí futuristi projektujú, že nanoboty môžu jedného dňa cestovať cez krvné riečisko a hľadať a liečiť konkrétne choré bunky. Príkladom môže byť nanobot, ktorý iba útočí a ničí rakoviny špecifického typu.

Súčasné a budúce využitie nanotechnológií

Podľa spoločnosti pre toxikológiu pokrok v nanotechnológii už vyrába celý rad nových materiálov. Prispôsobujú tiež staré materiály, napríklad uhlík, čím im poskytujú „veľký potenciál na zlepšenie spotrebiteľských a priemyselných výrobkov, riešenie kritických energetických potrieb, zlepšenie bezpečnostných systémov a zlepšenie lekárskej oblasti“.

Uhlíkové nanotrubice - predstavte si, že sa zvinutý list uhlíkových atómov - objavujú teraz v spotrebiteľských výrobkoch, ako sú tenisové rakety a golfové palice. Vykazujú 200-krát pevnosť a päťkrát vyššiu elasticitu ocele, päťnásobok elektrickej vodivosti medi a polovicu hustoty hliníka. Okrem toho nehrdzavejú, nezhoršujú sa žiarením ani sa nerozširujú ani nezmršťujú so zmenou teploty. V tomto ohľade je zjavné odvolanie sa na ich použitie v takých výrobkoch, ako sú automobily a lietadlá.

Projekt na rozvíjajúcich sa nanotechnológiách vo Virginia Tech obsahuje zoznam viac ako 1 790 existujúcich spotrebiteľských výrobkov, ktoré nie sú podporované, vrátane bavlnených dosiek, odmasťovačov, golfových šácht, farieb a kozmetiky. Niektorí vedci dokonca predpovedali, že solárne články sa môžu nakoniec vyvinúť s takou trvanlivosťou a takými nízkymi nákladmi, aby sa umožnilo ich použitie v strešnej krytine, chodníkoch a cestách - čím sa vytvorí cesta pre neznečisťujúce, hojné a lacné zásobovanie energiou..

Medzi konkrétne príklady existujúcich produktov využívajúcich nanotechnológie patria:

Systém Seldon Technologies 'MineralWater je filtračné zariadenie s uhlíkovými nanorúrkami, ktoré odstraňuje patogény a kontaminanty, ako sú vírusy, baktérie, cysty a spory, a dodáva pitnú vodu, ktorá presahuje normu USEPA pre pitnú vodu..
Atrament spoločnosti Linde Electronics pre uhlíkové nanotrubičky je určený pre displeje, senzory a elektronické zariadenia, ako sú napríklad smartfóny s rolovacím oknom alebo priehľadné GPS zariadenia zabudované do čelného skla automobilu..
Výrobky na opaľovanie, ktoré obsahujú nanočastice oxidu titaničitého alebo oxidu zinočnatého, odrážajú alebo absorbujú ultrafialové svetlo spôsobujúce rakovinu. Tieto výrobky sú neviditeľné a trvanlivé a majú materiály s nižšou dráždivosťou a alergénom ako tradičné krémy na opaľovanie.
Mnohé voľne predajné obväzy teraz obsahujú nanočastice striebra, ktoré zabraňujú infekcii v okolí porezaní a odrenín a účinne miešajú antibiotickú masť s obväzom..
Antibakteriálne kvapaliny do bazénov. Sú účinnejšie v boji proti škodlivým baktériám a zároveň znižujú vystavenie plavcov tvrdým chemikáliám predchádzajúcich výrobkov.

Podľa prognózy Inštitútu prognostických služieb by každodenné prínosy zvýšenej dostupnosti nanofaktérií zahŕňali:

Lekárske nanoroboty, ktoré vyliečia chorobu a reverzné starnutie. Robert Freitas, vedecký pracovník v Inštitúte pre molekulárnu výrobu, projektuje vo svojej sérii kníh o nanomedicíne budúcnosť, v ktorej sa do ľudského tela zavádzajú lekárske nanoroboty, aby vykonávali bunkové a mikroskopické operácie, opravovali špecifické zranenia a hliadkovali telo, aby identifikovali a odolávali chorobe. , Na webovej stránke Inštitútu pre etické a vznikajúce technológie Burch opísal scenár, v ktorom by požitá tabletka dodávala molekulárnym materiálom pokyny pre nanoboty, aby vytvorili nové neuróny, ktoré nahradia poškodené alebo umierajúce mozgové bunky. Tieto nové mozgové bunky by spracovávali informácie oveľa rýchlejšie ako biologický mozog, rovnako ako umelá končatina môže byť silnejšia ako ľudská ruka alebo noha.
Znížené náklady na vyrobené výrobky. Základné náklady klesnú na hodnotu surovín, ako sú uhlík, dusík a kyslík, a na energiu potrebnú na prevádzku nanovlákien. Predstavte si automobil vyrobený z uhlíkových vlákien a vytvorený v nanovlákenách - nie s materiálmi, ktoré vyžadujú ťažbu, spracovanie a konfiguráciu. Teoreticky je možné prakticky ľubovoľný materiál alebo predmet zostaviť zdola nahor kombináciou nanofaktorov. Keď sa kombinujú simultánne a synergické procesy v nanorozmeroch, dosiahnu sa veľké výsledky. Eric Drexler, americký inžinier známy pre popularizáciu nanotechnológií, predpovedá budúcnosť stolových závodov vyrábajúcich veľké a užitočné výrobky, podobné „replikátoru“ slávy „Star Trek“. V skutočnosti v júni 2014 Nestle's Institute of Health Sciences ohlásil nový projekt, ktorý môže prípadne viesť k „kuchynskému stroju, ktorý dokáže vytvárať doplnky na mieru - alebo dokonca k jedlu“.
Rozvoj umelej všeobecnej inteligencie (AGI). Podľa Foresight Institute budú nanovlákna zahŕňať strojové systémy pre inžinierske a technické práce, ktoré zase budú vyrábať počítače, ktoré sú tisíckrát výkonnejšie a lacnejšie ako súčasné počítače. Keď sa stroje učia a prenášajú znalosti z jednej aplikácie alebo prostredia do druhého, je pravdepodobné, že dôjde k rýchlemu pokroku. Existuje však otázka, ako rýchlo sa dá dosiahnuť AGI. Od roku 1990 má každý, koho stroj dokáže oklamať nezávislých sudcov, aby myslel, že je to človek, zatiaľ čo sa zúčastňuje konverzácie vo voľnom formáte, je k dispozícii cena 100 000 dolárov. Cena sa ešte musí udeliť.
Eliminácia priemyselného chemického znečistenia. Pretože každý atóm v zásobe organických potravín sa používa v konečnom produkte alebo sa nasmeruje do správne zabaleného odpadu, do životného prostredia sa neuvoľňujú žiadne znečisťujúce atómy. Napríklad prírodné uhlie pri spaľovaní produkuje znečisťujúce látky, ako je oxid siričitý, oxidy dusíka, vzdušné fyzikálne častice a ortuť. Stavba umelého paliva, ktoré vylučuje vedľajšie produkty alebo ich prevádza na neškodnú formu, by bola zdravšia a lacnejšia.

Riziká a riziká nanotechnológií

Dokonca aj zástancovia nanotechnológií, ako sú Burch a Drexler, uznávajú jeho potenciál poškodiť a prípadne zničiť ľudskú rasu, ak je technológia nekontrolovaná alebo nesprávne smerovaná. Medzi tieto potenciálne škodlivé účinky patria:

preľudnenia. Miera úmrtnosti ľudí starších ako 80 rokov sa od šesťdesiatych rokov minulého storočia znížila približne o 1,5% ročne. Robert Freitas, Jr. navrhuje, že pokroky v nanotechnológiách odstránia všetky genetické choroby a pomalé starnutie, čím sa „aspoň desaťnásobne zvýši ľudské zdravie“. Ak by zvýšenie dlhovekosti neznížilo pôrodnosť, ľudská rasa by sa exponenciálne rozšírila, čím by sa prehĺbilo spoločenské napätie a potenciálne vyčerpali zdroje..
Zvýšenie kriminality a terorizmu. Chemické a biologické zbrane by mohli byť smrtiace a ľahšie ukryté alebo sledovateľné, najmä ak sú dostupné na čiernom trhu alebo sa dajú skonštruovať v domácej továrni. Nanofaktérie by teoreticky mohli vyprodukovať inteligentnú protipechotnú zbraň veľkosti hmyzu schopného niesť smrtiacu dávku botulizmu. Počet takýchto zbraní schopných zabiť každú ľudskú bytosť na tejto planéte by mohol byť zabalený do jedného kufra.
Rozdiel medzi nebesami a zbytočnými. Vývoj nanotechnológií bude pravdepodobne spočiatku nákladný a následne chránený vrstvami patentov, zákonov a prekážkami narúšajúcimi hospodársku súťaž. Výhody nižších nákladov sa preto pravdepodobne obmedzia na vlastníkov technológie. Chudoba a rozdiely v príjmoch by sa mohli preháňať, čo by viedlo k sociálnym nepokojom.
Konflikty nad náboženskými presvedčeniami a životným štýlom. Na celom svete sa výrobky zakazujú alebo obmedzujú na základe náboženských alebo morálnych zásad, ktoré nemusí nevyhnutne zdieľať väčšina. Príklady zahŕňajú zbrane v Británii, alkohol v moslimských spoločnostiach a rekreačné drogy v rôznych krajinách. Schopnosť vyrábať zakázané výrobky v osobných nanovláken môže spôsobiť narušenie týchto spoločností.
Vzhľad „Grey Goo." Niektorí vedci sa obávajú, že samoreprodukujúce sa nanofaktérie môžu bežať amok a jedia biosféru v zúfalom úsilí, aby si sami vytvorili neobmedzené kópie. Rovnako ako je protispoločenské správanie neodolateľné určitému percentu obyvateľstva - ako dokazuje počet existujúcich počítačových vírusov - nezodpovední ľudia a skupiny si pravdepodobne vytvoria samoreprodukujúce sa nanofaktory, čím sa zvýši možnosť katastrofy..

Záverečné slovo

Steve Jurvetson, generálny riaditeľ spoločnosti rizikového kapitálu Draper Fisher Jurvetson, tvrdí, že budúcnosť nanotechnológií nie je otázkou „či“, ale skôr „kedy“. Josh Wolfe, spoluzakladateľ spoločnosti Lux Capital a redaktor správy Forbes / Wolfe Nanotech Report súhlasí s tým, že všetko - odevy, jedlo, autá, bývanie, medicína, komunikačné zariadenia, vzduch, ktorý dýchame, a voda, ktorú pijeme - prechádzajú „ zásadné a zásadné zmeny. Výsledkom bude sociálna a ekonomická štruktúra sveta. “

Bude nanotechnológia „kameňom filozofa“ schopným splniť každé prianie alebo otvorením Pandorinho boxu, čím sa uvoľní nepredstaviteľné ťažkosti a hrôzy na ľudský život, ako ho poznáme?