Questo articolo è un aggiornamento pianificato di tutto ciò che sapevi sugli strumenti più potenti che l'umanità avrebbe mai potuto creare: la nanotecnologia. Peter Diamandis, un rinomato imprenditore e ingegnere, capo e fondatore della X-Prize Foundation, delle risorse planetarie e di altre iniziative, ha delineato la sua visione di ciò che sta accadendo nei laboratori di tutto il mondo e quali potenziali applicazioni della nanotecnologia attendono in sanità, energia, protezione ambientale ambiente, scienza dei materiali, archiviazione ed elaborazione dei dati.
Poiché ultimamente l'intelligenza artificiale ha ricevuto molta attenzione, molto presto dovremmo sentire parlare di incredibili scoperte nel campo della nanotecnologia.
Le origini della nanotecnologia
La maggior parte degli storici crede che l'originatore del termine sia il fisico Richard Feynman e il suo discorso del 1959: "C'è molto spazio sotto". Nel suo discorso, Feynman ha immaginato un giorno in cui le macchine avrebbero potuto essere così ridotte e così tante informazioni sarebbero state codificate in piccoli spazi, che da quel giorno sarebbero iniziate incredibili scoperte tecnologiche.
Ma il libro di Eric Drexler, "Engines of Creation: The Coming Era of Nanotechnology", ha davvero rivelato questa idea. Drexler ha avuto l'idea di nanomacchine autoreplicanti: macchine costruite da altre macchine.
Poiché queste macchine sono programmabili, possono essere utilizzate per costruire non solo più di queste macchine, ma qualunque cosa tu voglia. E poiché questa costruzione avviene a livello atomico, questi nanorobot possono smontare qualsiasi tipo di materiale (suolo, acqua, aria, qualunque cosa) atomo per atomo e assemblare qualsiasi cosa da esso.
Drexler ha disegnato un quadro di un mondo in cui un'intera biblioteca del Congresso potrebbe stare su un chip delle dimensioni di una zolletta di zucchero e in cui i depuratori ambientali eliminano i contaminanti dall'aria.
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Ma prima di esplorare le possibilità della nanotecnologia, esaminiamo le basi.
Cos'è la "nanotecnologia"?
La nanotecnologia è scienza, ingegneria e tecnologia condotte su scala nanometrica, che va da 1 a 100 nanometri. Essenzialmente, stanno manipolando e manipolando materiali a livello atomico e molecolare.
Per farti capire, immaginiamo cos'è un nanometro:
- Il rapporto tra la Terra e il cubo dei bambini è approssimativamente il rapporto tra un metro e un nanometro.
- Questo è un milione di volte inferiore alla lunghezza della formica.
- Lo spessore di un foglio di carta è di circa 100.000 nanometri.
- Il diametro del globulo rosso è di 7000-8000 nanometri.
- Il diametro della catena del DNA è di 2,5 nanometri.
Un nanobot è una macchina in grado di costruire e manipolare cose in modo preciso ea livello atomico. Immagina un robot in grado di manipolare gli atomi come un bambino può manipolare i mattoncini LEGO, costruendo qualsiasi cosa (C, N, H, O, P, Fe, Ni, ecc.) Da blocchi atomici di base. Mentre alcune persone negano il futuro dei nanorobot come fantascienza, devi capire che ognuno di noi è vivo oggi grazie alle innumerevoli operazioni dei nanobot nei nostri trilioni di cellule. Diamo loro nomi biologici come "ribosomi", ma in fondo sono macchine programmate con funzione.
Vale anche la pena fare una distinzione tra nanotecnologia "umida" o "biologica", che utilizza il DNA e le macchine della vita per creare strutture uniche da proteine o DNA (come materiale da costruzione), e più nanotecnologia Drexler, che implica la costruzione di un "assemblatore", o macchina che si impegna nella stampa 3D con atomi su scala nanometrica per creare in modo efficiente qualsiasi struttura termodinamicamente stabile.
Diamo un'occhiata ad alcuni tipi di nanotecnologia con cui i ricercatori stanno lottando.
Diversi tipi di nanobot e applicazioni
In generale, ci sono molti nanorobot. Eccone solo alcuni.
- Motori più piccoli possibili. Un gruppo di fisici dell'Università di Mainz in Germania ha recentemente costruito il più piccolo motore ad atomo singolo della storia. Come ogni altro, questo motore converte l'energia termica in movimento, ma lo fa su scala più piccola. L'atomo è intrappolato in un cono di energia elettromagnetica e con l'aiuto dei laser viene riscaldato e raffreddato, il che fa sì che l'atomo si muova avanti e indietro nel cono, come un pistone di un motore.
- Nanomacchine di DNA in movimento 3D. Gli ingegneri meccanici della Ohio State University hanno progettato e costruito parti meccaniche complesse su nanoscala utilizzando origami del DNA, dimostrando che gli stessi principi di progettazione di base che si applicano alle macchine a grandezza naturale possono essere applicati al DNA e possono produrne di complessi. componenti controllati per futuri nanorobot.
- Nanofins. Scienziati dell'ETH di Zurigo e del Technion hanno sviluppato una "nanopinna" elastica sotto forma di nanofilo di polipirrolo (Ppy) lungo 15 micrometri (milionesimi di metro) e spesso 200 nanometri che può muoversi attraverso un fluido biologico a una velocità di 15 micrometri al secondo. Le nanopinne possono essere adattate per fornire farmaci e utilizzare magneti per guidarli attraverso il flusso sanguigno per mirare alle cellule tumorali, ad esempio.
- Ant nanomotore. Gli scienziati dell'Università di Cambridge hanno sviluppato un minuscolo motore in grado di esercitare 100 volte il proprio peso su qualsiasi muscolo. I nuovi nanomotori potrebbero portare a nanorobot che sono abbastanza piccoli da penetrare nelle cellule viventi e combattere le malattie, dicono gli scienziati. Il professor Jeremy Baumberg dei Cavendish Laboratories, che sta conducendo lo studio, ha definito il dispositivo una "formica". Come una vera formica, può esercitare una forza molte volte il proprio peso.
- Micro-robot in base al tipo di sperma. Un team di scienziati dell'Università di Twente (Paesi Bassi) e dell'Università tedesca del Cairo (Egitto) ha sviluppato micro-robot simili allo sperma che potrebbero essere controllati da deboli campi magnetici oscillanti. Potrebbero essere utilizzati per sofisticate micromanipolazioni e compiti terapeutici mirati.
- Robot basati su batteri. Gli ingegneri della Drexel University hanno sviluppato un modo per utilizzare i campi elettrici per aiutare i robot microscopici alimentati da batteri a rilevare gli ostacoli e ad attraversarli. Le applicazioni includono la somministrazione di farmaci, la manipolazione delle cellule staminali per guidarne la crescita o la costruzione della microstruttura.
- Nano-missili. Diversi gruppi di ricerca hanno recentemente costruito una versione ad alta velocità di razzi su nanoscala telecomandati combinando nanoparticelle con molecole biologiche. Gli scienziati sperano di sviluppare un razzo in grado di funzionare in qualsiasi ambiente; ad esempio, per somministrare un farmaco a un'area target del corpo.
Le principali aree di applicazione delle nano e delle micromacchine
Le possibilità di applicazione di tali nano e micromacchine sono praticamente infinite. Per esempio:
- Trattamento per il cancro. Identifica e distruggi le cellule tumorali in modo più accurato ed efficiente.
- Meccanismo di somministrazione dei farmaci. Costruire meccanismi mirati di somministrazione dei farmaci per il controllo e la prevenzione delle malattie.
- Imaging medico. La creazione di nanoparticelle che si raccolgono in tessuti specifici e quindi scansionano il corpo durante la risonanza magnetica potrebbe rivelare problemi come il diabete.
- Nuovi dispositivi di rilevamento. Con possibilità virtualmente illimitate di mettere a punto le caratteristiche di rilevamento e scansione dei nanorobot, potremmo scoprire i nostri corpi e misurare il mondo intorno a noi in modo più efficiente.
- Dispositivi di archiviazione delle informazioni. Un bioingegnere e genetista di Harvard Wyss ha archiviato con successo 5,5 petabit di dati - circa 700 terabyte - in un grammo di DNA, superando di mille volte il record precedente per la densità dei dati del DNA.
- Nuovi sistemi energetici. I nanorobot possono svolgere un ruolo nello sviluppo di un sistema più efficiente per l'utilizzo di fonti energetiche rinnovabili. Oppure potrebbero rendere le nostre macchine moderne più efficienti dal punto di vista energetico in modo tale da richiedere meno energia per funzionare con la stessa efficienza.
- Metamateriali extra forti. C'è molta ricerca nel campo dei metamateriali. Un gruppo del California Institute of Technology ha sviluppato un nuovo tipo di materiale costituito da montanti di dimensioni nanometriche simili a quelli della Torre Eiffel, che è diventato uno dei più forti e leggeri della storia.
- Finestre e pareti intelligenti. I dispositivi elettrocromici che cambiano colore dinamicamente quando viene applicato un potenziale sono ampiamente studiati per l'uso in finestre intelligenti ad alta efficienza energetica, che potrebbero mantenere la temperatura interna di una stanza, autopulenti e altro ancora.
- Micro spugne per pulire gli oceani. La spugna di nanotubi di carbonio, che può aspirare inquinanti dell'acqua come fertilizzanti, pesticidi e prodotti farmaceutici, è tre volte più efficace delle opzioni precedenti.
- Replicatori. Conosciuti anche come assemblatori molecolari, questi dispositivi proposti possono eseguire reazioni chimiche disponendo molecole reattive con precisione atomica.
- Sensori di salute. Questi sensori potrebbero monitorare la nostra chimica del sangue, informarci di tutto ciò che accade, rilevare cibo dannoso o infiammazione nel corpo e così via.
- Connettere il nostro cervello a Internet. Ray Kurzweil ritiene che i nanorobot ci consentiranno di collegare il nostro sistema nervoso biologico al cloud nel 2030.
Come puoi vedere, questo è solo l'inizio. Le possibilità sono quasi infinite.
La nanotecnologia ha il potenziale per risolvere alcune delle più grandi sfide che il mondo deve affrontare oggi. Potrebbero migliorare la produttività umana, fornirci tutti i materiali, l'acqua, l'energia e il cibo di cui abbiamo bisogno, proteggerci da batteri e virus sconosciuti e persino ridurre il numero di ragioni per sconvolgere il mondo.
Se ciò non bastasse, il mercato delle nanotecnologie è enorme. Entro il 2020, l'industria globale delle nanotecnologie crescerà fino a raggiungere un mercato da 75,8 miliardi di dollari.
ILYA KHEL
