Vitajte v NanoSvete !

Vitajte v NanoSvete!

Vitajte v NanoSvete!

“Biologické systémy môžu byť mimoriadne malé. Mnohé z týchto buniek sú veľmi malé, no i napriek tomu veľmi aktívne, vyrábajú rôzne látky, hýbu sa, krútia sa a všetky tieto nádherné veci robia vo veľmi malom meradle. Dokážu ukladať aj informácie. Mali by sme zvážiť možnosť, či by sme aj my nemohli vytvoriť niečo tak malé, čo by nám vyrábalo objekty na tejto úrovni.” (Richard Feynman)

Dňa 29.12.1959 na výročnom zasadnutí Americkej Fyzikálnej Spoločnosti, vystúpil laureát Nobelovej ceny Richard Feynman s prednáškou, “Tam dole je kopec miesta”. Predstavil technologickú víziu extrémnej minimalizácie niekoľko rokov pred tým, než sa slovo “čip” stalo súčasťou nášho slovníka. Hovoril o problematike manipulácie a ovládania vecí vo veľmi malom meradle. Z výpočtov známych fyzikálnych zákonov, Feynman predstavil technológiu, ktorá za pomoci použitia prírodných nástrojov vytvára “nano” objekty, atóm po atóme alebo molekulu po molekule.

Od roku 1980 sa mnoho vynálezov a objavov stalo dokladom jeho vízie. Táto skutočnosť hovorí o vzrušujúcom prísľube nanotechnológií a o všeobecnom význame rozšírenia výskumu, vedy a techniky. Od tejto doby sa nanotechnológia stala top prioritou pre vedu a výskum a prúdi do nej čoraz viac financií. Cieľom tejto iniciatívy je vytvoriť priestor pre akademický, ale aj súkromný sektor a spoločne žať potenciálne sociálne a ekonomické výhody, ktoré so sebou nanotechnológia prináša.

Nanotechnology

Nanotechnológia

Nanotechnológia predstavuje doslova akúkoľvek technológiu vykonávanú v nanomierke, ktorá má aplikáciu v reálnom živote. Týka sa to výroby a aplikácie fyzikálnych, chemických a biologických systémov v mierke od jednotlivých atómov alebo molekúl po makromolekuly, ako aj začleňovanie nanoštruktúr do väčších systémov.

Je veľká pravdepodobnosť, že nanotechnológia bude mať hlboký vplyv na našu ekonomiku a spoločnosť v celom 21. storočí, porovnateľný s technikou polovodičov, informačnej  a mobilnej technológie či molekulárnej biológie. Veda a technika sľubuje pre nanotechnológiu prielom v takých oblastiach, ako je výroba materiálov, nanoelektronika, medicína a zdravotná starostlivosť, energie, biotechnológie, informačné technológie i národná bezpečnosť. Je jasné, že nanotechnológia bude predstavovať ďalšiu priemyselnú revolúciu.

Pod slovom naotechnológia si rôzni ľudia predstavujú rôzne veci. Pre niektorých to vyvoláva predstavu nádherných nových materiálov, ľahších a pevnejších ako oceľ. Iní si predstavujú mikroskopické roboty ako nám čistia steny žíl alebo odstraňujú vodný kameň z našich zubov. Je zrejmé, že nanotechnológia upútala pozornosť vedeckej komunity, médií a teraz už aj verejnosti, ale vieme presne čo to je?

Cesta za poznaním

Cesta za poznaním

V najužšom slova zmysle je nanotechnológia veda o malých – veľmi malých – veciach, ktoré sa merajú v jednotkách nazývaných nanometer (nm), ktorý predstavuje jednu miliardtinu metra. Inak povedané jeden nanometer je tak malý, že ak by sme jeden meter pretiahli z New Yorku do Los Angeles, každý nanometer by predstavoval stále len veľkosť aspirínu.

Vedci teraz študujú molekulárnu nanotechnológiu a zaujímajú sa o spôsoby, ktorými môžeme manipulovať jednotlivými atómami a molekulami a vytvárať tak veci s takmer nepredstaviteľnou presnosťou. Vytváranie vecí s atómovou presnosťou je v úžasnom kontraste s výrobnou technológiou dneška.

Dnes si každý hladký okraj vyžaduje, aby ho výrobca obrúsil a zlikvidoval tak bilióny atómov. Od čias Michelangela, keď vytváral sochy z blokov mramoru, aj dnes výrobcovia často produkujú veci, ktoré vytvárajú z väčších objektov a potom odstraňujú prebytočný materiál brúsením, sekaním alebo rezaním. Aj ťažké časti strojov si vyžadujú nákladné mazanie, aby zabránili rýchlejšiemu opotrebovaniu a mechanickému poškodeniu.

Z molekulárneho hľadiska však aj tie najpresnejšie dnešné mechanické komponenty do seba nezapadajú. Pre moderné výrobné technológie, predstavujú tieto faktory nočnú moru a obrovské plytvanie, znečistenie a nepresnosti.

Molekula DNA

Molekula DNA

Schopnosť presne vyberať a umiestňovať jednotlivé atómy a molekuly nám umožňuje vytvárať objekty s takmer dokonalou účinnosťou. Len nedávno vedci pomocou použitia skenovacej tunelovej mikroskopie (STM), zdvihli a začali pohybovať jednotlivými atómami kremíka a ďalších materiálov. STM používa prekvapivo ostrú špičku, zvyčajne z volfrámu a dokáže stlačiť atómy na povrchu.

Toto je však iba začiatok. Ako sa technológia bude zlepšovať, budeme aj my schopní pohybovať stovkami, tisícami a potom aj miliónmi atómov a konštruovať prakticky akýkoľvek materiál rôzneho tvaru a veľkosti.

Objekty vytvorené pomocou molekulárnej nanotechnológie budú mať presnosť veľkosti molekúl. Časti strojov sa už viac nebudú odierať jeden o druhého, pretože zapadnú do seba s molekulárnou presnosťou. Okrem toho vzniknú prakticky bez odpadu alebo znečistenia. Stavebné jednotky budú vyrábané z bežne dostupných atómov ako sú uhlík, kyslík a dusík.

Nanotechnológie zmenia dnešné neefektívne a znečisťujúce továrne na miesta schopné vytvárať viac rôznych vecí s menšou námahou a čistejšie. Okrem toho, že výrobky budú čistejšie budú aj menšie. Oveľa menšie. Ak dokážeme manipulovať s jednotlivými atómami, budeme môcť postaviť zariadenia takmer nepredstaviteľných rozmerov. Menších ako je možné vidieť voľným okom.

Nanorobotika

Nanorobotika

Lekárska veda bude schopná vytvoriť zariadenia dostatočne malé na to, aby vstúpili do krvného systému tela a liečili ochorenia na bunkovej úrovni. Jedného dňa už nebudeme liečiť rakovinu chemoterapiou, ktorá oslabuje celý organizmus, ale vďaka nanotechnologickým zariadeniam budeme schopný identifikovať a liečiť konkrétne karcinogénne bunky, bez poškodenia zdravého tkaniva.

Táto výrobná revolúcia bude predstavovať aj prekvapujúci materiálový pokrok. Z tohto dôvodu sa namiesto ocele a hliníka budú používať materiály z atómov uhlíka vo forme nanotrubíc a príbuzných štruktúr. Steny nanotrubíc budú hrubé ako jeden atóm uhlíka a ľahšie, pevnejšie a pružnejšie ako oceľ. Uhlíkové nanotrubice sú najsľubnejšie zo všetkých nanomateriálov.

Aj keď uhlíkové nanotrubice sú stále príliš drahé pre použitie v bežných stavebných materiáloch, náklady na ich výrobu sa počas posledných piatich rokov znížili dvadsaťnásobne. Pretože sa stávajú čoraz lacnejšími a dostupnejšími, výrobcovia môžu začať využívať túto inováciu v širokej škále výrobných aplikácií.

Nanotrubice

Nanotrubice

Prítomnosť uhlíkových nanotrubíc však dnes nepreukazuje, že jedného dňa budeme schopní vyrábať malé zdravotnícke zariadenia, ktoré vstúpia do tela a vyliečia rakovinu. Tak čo necháva vedcov vo viere, že niečo také bude možné? Odpoveď je jednoduchá. Príroda.

Živé bunky sú dokonalým príkladom zariadení v nanorozmeroch, ktoré predstavujú štruktúru pozostávajúcu z jedného atómu alebo molekúl. DNA, proteíny a zložité hormóny sú vyrábané mobilnými zariadeniami, zložitejšími než najpokročilejšie výrobné procesy, ktoré máme dnes.

Napríklad také semienko využíva energiu v sebe ako “počítačový program” – DNA je naprogramovaná tak, aby korene začali pučať a listy získavali viac energie z pôdy a slnka. Počítačový program potom povie semienku, aby zmenil atómy  pôdy, vzduchu a vody na vznik stromu. Toto sú však pre nás ešte stále zložité systémy na to, aby sme ich mohli vytvárať.

Keď sa vedcom podarí vytvoriť zariadenia o veľkosti nanometrov, len so zlomkom schopností najjednoduchšej biologickej bunky, komerčná nanotechnológia sa stane realitou. Ale keď už nanotechnológia dokáže vyprodukovať veci o veľkosti jedného atómu, kedy budeme schopní vytvárať niečo, čo obsahuje bilióny atómov? Nebude to trvať príliš dlho?

Nanotechnológia je naša budúcnosť

Nanotechnológia je naša budúcnosť

Predstavte si robotické rameno v nanoveľkosti, podobné tomu na dnešnej automobilovej montážnej linke. Toto robotické rameno bude mať “lepkavý” úchyt, vhodný pre vyzdvihnutie a umiestnenie jednotlivých atómov. Prvou úlohou tohto robotického ramena bude pod kontrolou počítača vytvoriť kópiu samého seba, čo vedie k vytvoreniu dvoch robotických ramien. Tieto dve ramená by vytvorili ďalšie dve. Zo štyroch by sa stalo osem, potom šestnásť atď.

V krátkej chvíli bude potom montážna linka obsahovať milióny mikroskopických robotických ramien, schopných zdvíhať a premiesťovať atómy. Po dosiahnutí tohto bodu, počítačový program dá príkaz robotickému ramenu stavať požadované produkty paralelne na páse miliónkrát menšom ako je ruka.

Niektorí argumentujú, že takýto prístup sa vystavuje riziku, že robotické ramená sa nejako vymknú kontrole a začnú sa nekontrolovateľne replikovať, ale len veľmi málo vedcov sa obáva tohto scenára. Vzhľadom na to, že robotické ramená budú riadené externým počítačom, táto myšlienka pripadá skôr smiešne. Tento scenár je tak reálny, ako keby mali automobilové montážne linky naraz vyprodukovať toľko aut, že by zaplavili celý svet, alebo komerčné lietadlo by sa začalo samé náhle meniť svoj smer letu.

Aj napriek sci-fi, nanotechnológie sľubujú ďalšiu technologickú revolúciu, ktorá prinesie čistejšie, lacnejšie a pružnejšie výrobné procesy kdekoľvek na svete. Vylepšené materiály budú ľahšie, pevnejšie a pružnejšie ako oceľ, a zariadenia v nanomerítku zlepšia ich kvalitu a aj kvalitu nášho života.

Niektorí nesúhlasia s tým, ako dlho bude trvať, kým sa budúcnosť stane realitou, no len veľmi málo ľudí pochybuje, že sa to vôbec stane. Výskumníci, súkromné spoločnosti a vládne agentúry po celom svete sa zhodujú, že budúcnosť je malá, ale sľubuje pre nás všetkých veľký prínos.

Krátky animovaný film názorne ukazuje možnosti využitia nanomateriálov v budúcnosti.

Vieš si predstaviť budúcnosť, ktorú so sebou prináša nanotechnológia?

Počul si niečo o nanotechnológii, alebo si sa s ňou už stretol?

Aký je tvoj názor a pohľad na túto inováciu a budúcnosť?

Povedz svoj názor v komentári  a lajkni, prípadne zdieľaj článok, ak sa ti páčil ;) ďakujem.


Zdroj: bizjournals.com, searchengineland.com, nanogloss.com, iopscience.iop.org, shutterstock.com, bigthink.com, youtube.com

1 Comment

Leave a Comment