Menininko sumanymas apie bio-nanorobotą. Vaizdo kreditas: NASA. Spustelėkite norėdami padidinti
Kai reikia žengti kitą „milžinišką šuolį“ kosmoso tyrinėjimuose, NASA galvoja apie mažą - tikrai mažą.
Visoje šalies laboratorijoje NASA remia populiarėjantį nanotechnologijų mokslą. Pagrindinė idėja yra išmokti elgtis su materija atominiu mastu - mokėti pakankamai gerai valdyti atskirus atomus ir molekules, kad būtų sukurtos molekulės dydžio mašinos, pažangi elektronika ir „protingos“ medžiagos.
Jei vizionieriai yra teisūs, nanotechnologijos gali paskatinti robotus, kuriuos galite laikyti po ranka, savaime gyjančius kosminius kosminius kosminius liftus ir kitus fantastiškus prietaisus. Kai kuriems iš šių dalykų visiškai išsivystyti gali prireikti daugiau nei 20 metų; kiti šiandien formuojasi laboratorijoje.
Tiesiog tai, kad padaro daiktus mažesnius, turi savo privalumų. Įsivaizduokite, pavyzdžiui, jei Marso važiavimas „Dvasia ir galimybė“ būtų buvęs toks mažas kaip vabalas ir galėtų skrieti per akmenis ir žvyrą kaip vabalo skardinė, imdamas mineralus ir ieškodamas įkalčių į vandens istoriją Marse. Šimtai ar tūkstančiai šių mažmeninių robotų galėjo būti išsiųsti tose pačiose kapsulėse, ant kurių buvo nešantys du stalo dydžio roveriai, leidę mokslininkams ištirti daug daugiau planetos paviršiaus - ir padidinę suklupusios Marso bakterijos suklupimo šansus!
Tačiau nanotechnologija yra ne tik susitraukimas, bet ir daugiau dalykų. Kai mokslininkai gali sąmoningai sutvarkyti ir susisteminti materiją molekuliniame lygmenyje, kartais iškyla nuostabios naujos savybės.
Puikus pavyzdys yra tas, kad nanotechnologijų pasaulyje yra anglies nanovamzdeliai. Anglis natūraliai susidaro kaip grafitas - minkšta, juoda medžiaga, dažnai naudojama pieštukų šerdelėse, ir kaip deimantas. Vienintelis skirtumas tarp šių dviejų yra anglies atomų išdėstymas. Kai mokslininkai suskirsto tuos pačius anglies atomus į „vištienos vielos“ modelį ir susuka juos į miniatiūrinius vamzdelius tik per 10 atomų, susidarę „nanovamzdeliai“ įgyja gana nepaprastų bruožų. Nanovamzdeliai:
- turėti 100 kartų didesnį plieno tempiamąjį stiprį, bet tik 1/6 svorio;
- yra 40 kartų stipresni nei grafito pluoštai;
- elektros energiją geriau nei varį;
- gali būti laidininkai arba puslaidininkiai (pavyzdžiui, kompiuterio lustai), priklausomai nuo atomų išdėstymo;
- ir yra puikūs šilumos laidininkai.
Didžioji dalis dabartinių nanotechnologijų tyrimų visame pasaulyje sutelkta ties šiais nanovamzdeliais. Mokslininkai pasiūlė juos naudoti įvairiems tikslams: didelio atsparumo ir mažo svorio kabeliui, reikalingam kosminiam liftui; kaip nano mastelio elektronikos molekuliniai laidai; įterpti į mikroprocesorius, kad padėtų atsikratyti šilumos; ir kaip mažos lazdelės ir krumpliaračiai nanodalelių mašinose, tik keli paminėti.
Nanovamzdeliai ypač svarbūs atliekant tyrimus NASA Ames nanotechnologijų centre (CNT). Centras buvo įkurtas 1997 m., Jame dabar dirba apie 50 nuolatinių mokslo darbuotojų.
„[Mes] stengiamės sutelkti dėmesį į technologijas, kurios galėtų pateikti naudingus produktus per kelerius metus ar dešimtmetį“, - sako CNT direktorė Meyya Meyyappan. "Pavyzdžiui, mes svarstome, kaip nanomedžiagos galėtų būti naudojamos pažengusiems gyvybės palaikymui, DNR sekoms, ypač galingiems kompiuteriams ir mažyčiams chemikalų jutikliams ar net vėžio jutikliams."
Cheminį jutiklį, kurį jie sukūrė naudodamiesi nanovamzdeliais, kitąmet planuojama skraidyti demonstracine misija į kosminį laivyną. Šis mažas jutiklis gali aptikti tik keletą dalių milijarde konkrečių chemikalų, tokių kaip toksinės dujos, todėl tai gali būti naudinga tyrinėjant kosmosą ir ginant tėvynę. CNT taip pat sukūrė būdą, kaip naudoti nanovamzdelius mikroprocesoriams aušinti asmeniniuose kompiuteriuose. Tai yra didelis iššūkis, nes procesoriai tampa vis galingesni. Ši aušinimo technologija buvo licencijuota „Santa Clara“ mieste Kalifornijoje, pradedančiajam verslui, vadinamam „Nanoconduction“, ir „Intel“ netgi išreiškė susidomėjimą, sako „Meyyappan“.
Jei šie trumpalaikiai nanotechnologijų naudojimo atvejai atrodo įspūdingi, ilgalaikės galimybės tikrai pribloškia.
NASA pažangių koncepcijų institutas (NIAC), nepriklausoma, NASA finansuojama organizacija, įsikūrusi Atlantoje, Džordžijoje, buvo sukurtas skatinti į ateitį nukreiptus radikalių kosminių technologijų tyrimus, kuriems prireiks 10–40 metų.
Pavyzdžiui, viena nauja NIAC dotacija finansavo nanomalių gamybos galimybių studiją, kitaip tariant, naudojant daugybę mikroskopinių molekulinių mašinų, kad būtų galima sukurti bet kurį norimą objektą, surenkant jį pagal atomą pagal atomą!
Ši NIAC dotacija buvo paskirta Chrisui Phoenixui iš atsakingos nanotechnologijos centro.
„Phoenix“ savo 112 puslapių ataskaitoje paaiškina, kad toks „nanofaktoras“ galėtų pagaminti, tarkime, erdvėlaivio dalis tiksliai tiksliau, tai reiškia, kad kiekvienas objekto atomas yra ten, kur jis priklauso. Gauta dalis būtų nepaprastai tvirta, o jos forma galėtų atitikti idealaus dizaino vieno atomo plotį. Itin glotniems paviršiams nereikia poliravimo ar tepimo, be to, bėgant laikui jie praktiškai nepatirs susidėvėjimo. Toks didelis erdvėlaivio dalių tikslumas ir patikimumas yra nepaprastai svarbus, kai pavojuje yra astronautų gyvybės.
Nors „Phoenix“ savo pranešime pateikė kai kurias stalinių kompiuterių nanofabrikos projektavimo idėjas, jis pripažįsta, kad veikiantis nanofabrikas yra mažiausiai per dešimtmetį ir galbūt kur kas ilgesnis, nes jam trūksta didelio biudžeto „Nanhatteno projekto“, kaip jis jį vadina.
Bostono šiaurės rytų universiteto Kompiuterinės bionanorobotikos laboratorijos direktorius Constantinos Mavroidis tyrinėja alternatyvų požiūrį į nanotechnologijas:
Užuot pradedant nuo nulio, „Mavroidis“ NIAC finansuojamo tyrimo koncepcijose naudojamos jau veikiančios, funkcinės molekulinės „mašinos“, kurias galima rasti visose gyvose ląstelėse: DNR molekulėse, baltymuose, fermentuose ir kt.
Šios biologinės molekulės, evoliucionuotos per milijonus metų, jau yra labai įgudusios manipuliuoti medžiagomis molekuliniu mastu - todėl augalas gali sujungti orą, vandenį ir nešvarumus ir užauginti sultingas raudonas braškes, o žmogaus kūnas gali paskutinį kartą atsiversti. nakties bulvių vakarienės į šių dienų naujus raudonuosius kraujo kūnelius. Atomų pertvarkymas, leidžiantis atlikti šiuos žygdarbius, atliekamas šimtams specializuotų fermentų ir baltymų, o DNR saugo jų sudarymo kodą.
Naudojimasis šiais „iš anksto pagamintais“ molekuliniais aparatais arba jų panaudojimas kaip atspirties taškas kuriant naujus dizainus yra populiarus požiūris į nanotechnologijas, vadinamas „bio nanotechnologijomis“.
„Kodėl išradinėti ratą?“ Mavroidis sako. „Gamta suteikė mums visą šią nuostabią, labai rafinuotą nanotechnologiją gyvų daiktų viduje, tad kodėl gi ne ja naudotis ir pamėginti ko nors išmokti?“
Specifiniai bio nanotechnologijų naudojimo būdai, kuriuos Mavroidis siūlo savo tyrime, yra labai futuristiški. Viena idėja apima tam tikro „voratinklio tinklo“ iš plonų plaukų vamzdelių, supakuotų su bio nanotechnologiniais jutikliais, nubraižymą per kelias dešimtis mylių esančią vietovę, kad būtų galima labai detaliai pavaizduoti kai kurių svetimų planetų aplinką. Kita jo siūloma koncepcija yra „antroji oda“, kurią astronautai gali dėvėti po savo kosminiais kostiumais ir kuri naudotųsi bio nanotechnologijomis, kad pajustų ir reaguotų į kostiumą skverbiančią radiaciją bei greitai užsandarintų bet kokius įpjovimus ar pradūrimus.
Futuristinis? Be abejo. Galima? Gal būt. „Mavroidis“ pripažįsta, kad tokios technologijos greičiausiai nutolusios dešimtmečiais, ir kad šios technologijos kol kas ateityje labai skirsis nuo to, ką įsivaizduojame dabar. Vis dėlto jis sako manantis, kad svarbu pradėti galvoti apie tai, kas nanotechnologijomis galėtų tapti įmanoma daugelį metų.
Atsižvelgiant į tai, kad pats gyvenimas tam tikra prasme yra geriausias nanotechnologijų pavyzdys, galimybės iš tiesų yra įdomios.
Originalus šaltinis: NASA naujienų leidinys
