Nanotehnologia moleculară

De la Wikipedia, enciclopedia liberă.
Salt la navigare Salt la căutare
Această voce nu este neutră!
Neutralitatea acestui articol sau secțiune referitoare la tehnologie a fost pusă la îndoială .
Motiv : vezi versiunea în limba engleză
Pentru a contribui, corectați tonurile emfatice sau părtinitoare și participați la discuție . Nu eliminați această notificare până când disputa nu este soluționată. Urmați sfaturile de proiectare de referință .

Nanotehnologia moleculară (MNT, nanotehnologia moleculară) este un concept care implică sisteme funcționale mecanice proiectate la scară moleculară. [1] O definiție echivalentă ar putea fi „mașini la scară moleculară proiectate și construite atom cu atom”, ceea ce le face diferite de materialele la scară nano . Bazat pe viziunea lui Richard Feynman asupra fabricilor miniaturale care folosesc nanomachine pentru a construi produse complexe (inclusiv nanomachine suplimentare ), această formă avansată de nanotehnologie (sau fabricarea moleculară [2] ) ar folosi mecanosinteza controlată pozițional , condusă de sistemele de mașini moleculare . MNT ar implica principiile fizicii demonstrate de chimie, alte nanotehnologii și mașini moleculare ale vieții, împreună cu principiile ingineriei de sisteme găsite în fabricile actuale care funcționează pe macroscală.

Introducere

În timp ce chimia convențională folosește procese imprecise a condus la un anumit echilibru pentru a obține rezultate inexacte și biologia exploatează procese inexacte pentru a obține rezultate definitive, nanotehnologia moleculară ar putea folosi procese definitive originale pentru a obține rezultate definitive. Dorința în domeniul nanotehnologiei moleculare ar fi de a echilibra reacțiile moleculare în poziții și orientări controlate pozițional pentru a obține reacțiile chimice dorite și, prin urmare, de a construi sisteme prin asamblarea ulterioară a produselor rezultate din aceste reacții.

Formularea unei foi de parcurs pentru dezvoltarea MNT este acum obiectivul unui proiect tehnologic mai amplu condus de Battelle (managerul mai multor laboratoare naționale din Statele Unite) și de Foresight Institute . [3] Planul de acțiune a fost inițial programat să fie finalizat până la sfârșitul anului 2006, apoi la începutul anului 2007 și, mai recent, sa convenit să îl depună în octombrie 2007. [4] Colaborarea nanofabrică [5] este un efort continuu mai concentrat implicând 23 de cercetători din 10 organizații și 4 țări în curs de dezvoltare , care este un program de cercetare concret [6] vizează în mod specific mechanosynthesis diamant controlată pozițional și dezvoltarea unei nano- diamontoid industrie . În august 2005, Centrul pentru o nanotehnologie responsabilă a organizat un grup operativ compus din peste 50 de experți internaționali din diferite sectoare pentru a studia implicațiile sociale ale nanotehnologiei moleculare. [7] Ray Kurzweil prezice că NTM va exista, pe deplin funcțional, în 2025.

Aplicațiile și capabilitățile proiectate

Materiale inteligente și nanosenzori

O aplicație propusă a MNT este dezvoltarea așa-numitelor materiale inteligente . Acest termen se referă la orice tip de material proiectat și dezvoltat la scară nanometrică pentru a îndeplini o sarcină specifică și cuprinde o gamă largă de aplicații comerciale posibile. Un exemplu ar putea fi materialele concepute pentru a răspunde diferit la diferite molecule; o astfel de capacitate ar putea duce, de exemplu, la medicamente artificiale care să recunoască și să facă viruși specifici inerți. Un alt exemplu este ideea structurilor de autovindecare, care ar repara mici rupturi pe o suprafață într-un mod natural în același mod ca și anvelopele autosigilante sau pielea umană.

Un nanosenzor creat de MNT ar trebui să semene cu un material inteligent, implicând o componentă mică într-o mașină mai mare care să reacționeze la mediul său și să se schimbe în unele moduri intenționate, fundamentale. Iată un exemplu foarte simplu: o fotocelulă ar putea măsura pasiv lumina incidentă prin descărcarea energiei absorbite ca energie electrică atunci când lumina trece deasupra sau sub un anumit prag, trimitând un semnal către o mașină mai mare. Un astfel de senzor ar costa probabil mai puțin, consumând mai puțină energie decât un senzor tradițional și, de asemenea, funcționează într-un mod util în toate aceleași aplicații; de exemplu, atunci când aprindeți luminile de parcare când se întunecă.

În timp ce materialele inteligente și nanosenzorii simplifică ambele aplicații utile ale MNT, ele palesc în comparație cu complexitatea tehnologică mai frecvent asociată cu termenul de reproducere a nanorobotilor .

Replicarea nanorobotilor

Nano-fabricarea prin intermediul MNT este legată în mod popular de ideea roiurilor de roboți care lucrează împreună în coordonare la nano-scară, o dezvăluire obținută dintr-o propunere inițială făcută de Drexler în discuția sa din 1986 despre MNT , dar deja învechită în 1992. [ 8] În această propunere inițială, nanorobotoții suficient de capabili ar construi mai mulți nanoroboti într-un mediu artificial care conține componente moleculare speciale.

Criticii au pus la îndoială atât fezabilitatea nanorobotilor auto-replicabili, cât și fezabilitatea controalelor în cazul în care ar trebui construiți nanorobotii auto-replicabili. Menționează posibilitatea mutațiilor care elimină orice control care favorizează reproducerea variațiilor mutante patogene. Susținătorii propun prima îndoială, subliniind că primul replicator mecanic autonom pe macroscală, realizat din blocuri Lego , a fost construit și operat pe bază experimentală în 2002. [9] Deși există avantaje senzoriale prezente în macroscală în comparație cu senzorul limitat aparate la scară nanometică, propuneri pentru sisteme de fabricație mecanosintetice controlate pozițional la scară nanomobilistică folosesc indicativul mort, combinat cu un design fiabil de reacție secvențială pentru a asigura rezultate fiabile; prin urmare, un aparat senzorial limitat nu este un handicap. Considerații similare se aplică ansamblului pozițional al nanopartelor mici. Susținătorii abordează a doua îndoială, susținând că bacteriile (în mod necesar) au evoluat pentru a evolua, în timp ce mutația nanorobotică ar putea fi prevenită în mod activ prin tehnici comune de corectare a erorilor . Idei similare sunt susținute de Foresight Guidelines on Molecular Nanotechnology [10], iar harta care descrie un spațiu de replicare cu 137 de dimensiuni, [11] publicată recent de Freitas și Merkle, oferă numeroase metode propuse de replicatori care ar putea, în principiu, să fie liniștite. controlat de un design bun.

Cu toate acestea, conceptul de suprimare a mutațiilor pune întrebarea: Cum se poate proiecta o evoluție care are loc la nano-scară fără un proces aleatoriu de mutație și o selecție deterministă? Detractorii susțin că susținătorii MNT nu au oferit un înlocuitor pentru un astfel de proces de evoluție în această arenă la scară nanometrică în care lipsesc procesele de selecție senzorială convenționale. Limitările aparatului senzorial disponibile la nano-scară ar putea face dificilă sau imposibilă trecerea prin succesele din eșecuri. Susținătorii susțin că evoluția proiectului s-ar întâmpla deterministic și strict sub controlul uman, folosind paradigma inginerească tradițională de concepție, proiectare, prototipare, testare, analiză și reproiectare. Aparatul senzorial limitat nu este un handicap, deoarece, de exemplu, prototipul nanopartamentelor ar putea fi fabricate prin calculul mort, pozițional, folosind sfaturi de instrumente active controlate chimic și, prin urmare, caracterizate prin scanarea sfaturilor de instrumente pentru sondă inactivă chimic sau alte mijloace tehnice, cu erori corectate sau cu modificări de proiectare implementat în următoarea iterație de prototipare.

În orice caz, începând cu 1992, propunerile tehnice pentru MNT [8] nu includ nanoroboturi auto-replicate, iar reclamațiile etice emise de susținătorii MNT interzic autoreplicarea nestăvilită. [10] [12]

Nanorobot pentru medicină

Una dintre cele mai importante aplicații ale NTM ar fi nanorobotica în medicină sau, mai bine zis , în nanomedicină , domeniu explorat de Robert Freitas în numeroase cărți [13] și documente. [14] Capacitatea de a proiecta, construi și desfășura un număr mare de nanorobots în medicină ar permite, într-un mod optim, să permită eliminarea rapidă a bolii și recuperarea fiabilă și relativ nedureroasă de la traumatismele fizice. Nanorobotii din medicină ar putea, de asemenea, să faciliteze corectarea defectelor genetice și să contribuie la asigurarea unei „calități a vieții” foarte extinse ( sănătate ). Mai controversat, nanorobotii din medicină ar putea fi folosiți pentru a spori abilitățile naturale ale omului. Cu toate acestea, astfel de nanodispozitive mecanice nu au voie (sau funcția lor nu este inclusă în proiect) să se auto-replice în corpul uman și nici nanorobotii nu ar avea nevoie să se auto-replice [15] deoarece acestea ar fi fabricate exclusiv în nanofabricele reglementate.

Ceață de utilitate

Diagrama unui jet de ceață de 100 microni

O altă aplicație propusă de nanotehnologia moleculară este „ ceața utilă ” (utilitatea de ceață) [16] în care un roboți microscopici din norul rețelei (cei mai simpli asamblatori ) și-ar schimba forma și proprietățile pentru a forma obiecte și instrumente macroscopice în conformitate cu comenzile software date . În loc să modifice practicile actuale de creare a bunurilor consumabile în diferite forme, ceața de utilitate le- ar înlocui pur și simplu cu multe alte obiecte fizice posibile. O descriere a utilității de ceață poate fi găsită în articolul de M. Elisabetta Bonafede Realitatea artificială a ceațelor . [17]

Optică în fază

O altă aplicație a nanotehnologiei moleculare ar putea fi „ optica cu alinierea fazelor (PAO, Phased-Array Optics). [18] Cu toate acestea, această problemă pare să fie abordabilă prin intermediul unei tehnologii normale la nano-scară. PAO ar folosi principiul tehnologiei de aliniere a fazelor milimetrice, dar la lungimi de undă optice. Acest lucru ar permite duplicarea (doar virtuală) a tot felul de efecte optice. Utilizatorii pot solicita holograme, răsărituri și apusuri de soare sau lasere mobile în funcție de dispoziție. Sistemele PAO au fost descrise în Nanotehnologie: Speculații moleculare asupra abundenței globale , în articolul lui Brian Wowk „Phased-Array Optics”. [19]

Impacturi sociale potențiale

În ciuda stării actuale de dezvoltare timpurie a nanotehnologiei și a nanotehnologiei moleculare în special, mult mai multe preocupări înconjoară impactul anticipat al MNT asupra economiei [20] și a dreptului . Unii speculează că NTM ar provoca o reacție publică puternică, așa cum sa întâmplat recent în ceea ce privește plantele modificate genetic și perspectiva clonării umane . Indiferent de efectele precise, dacă ar fi atinse, NTM ar avea tendința de a perturba structurile economice actuale, reducând deficitul de bunuri fabricate, producând multe mai multe bunuri fabricabile (cum ar fi produsele alimentare și produsele pentru lupta împotriva SIDA).

În general, se crede că viitorii cetățeni ai unei societăți de nanotehnologie moleculară ar mai avea nevoie de bani, sub formă de bani digitali contrafăcuți sau bani fizici din metal (în special ) [21] (în circumstanțe speciale). Aceștia ar putea folosi acești bani pentru a achiziționa bunuri și servicii care sunt unice sau limitate în cadrul sistemului solar, care ar putea include: materie, energie, informații, proprietăți imobiliare, servicii de proiectare, servicii de divertisment, servicii juridice, faimă, putere politică sau atenția altor persoane la mesaje politice / religioase / filosofice. Mai mult, viitorii trebuie să ia în considerare războiul, chiar și între statele prospere, și nu doar obiectivele economice.

Dacă MNT a fost construit, unele resurse rămân limitate, deoarece singurele obiecte fizice sunt limitate (un lot de pământ în Ierusalimul real, drepturi miniere pentru cei mai mari asteroizi din apropierea Pământului) sau pentru că depind de bunăvoința unui anumit persoană (dragostea unei persoane celebre, o pictură a unui artist celebru). Cererea va depăși întotdeauna oferta pentru unele lucruri, iar economia politică poate continua să existe oricum. Încă nu este clar dacă interesul pentru aceste resurse limitate ar scădea odată cu apariția realității virtuale , unde pot fi ușor înlocuite; unul dintre motivele pentru care nu a putut este o preferință pentru ipoteticul „ lucru real ”.

Nanotehnologia moleculară ridică, de asemenea, posibilitatea de a repara celulele care au fost vitrificate prin depozitarea crionică , precum și abolirea bolilor, incurabile prin mijloacele actuale, atunci când un individ renaște din staza crionică - creând starea în care indivizii ar putea fi trași la răspundere pentru acțiuni chiar și după moarte.

Riscuri

Nanotehnologia moleculară este una dintre tehnologiile despre care unii analiști cred că ar putea duce la o singularitate tehnologică . Alții cred că nanotehnologia moleculară ar putea avea riscuri descurajante. [22] În mod conceput, ar putea permite arme convenționale mai ieftine și mai distructive. În plus, nanotehnologia moleculară ar putea permite arme de distrugere în masă capabile să se auto-reproducă , așa cum fac virușii și celulele canceroase atunci când atacă corpul uman. Comentatorii sunt în general de acord că, în cazul dezvoltării nanotehnologiei moleculare, omenirea ar trebui să permită auto - replicarea numai în condiții foarte controlate sau „intrinsec sigure”.

Există teamă că roboții nanomecanici, dacă sunt fabricați, și dacă sunt proiectați să se auto-reproducă folosind materiale naturale (o sarcină dificilă), ar putea consuma întreaga planetă din cauza foametei lor de materii prime, [23] sau pur și simplu ar tăia viața naturală ciclului, neputând concura pentru energie (așa cum sa întâmplat istoric când algele albastru-verzui au apărut învingând formele de viață anterioare în competiție). Unii comentatori s-au referit la acest lucru ca " goo gri ", goo gri sau scenariul ecofagiei . Kim Eric Drexler , în edițiile ulterioare ale Motoarelor creației , consideră acest lucru un scenariu accidental extrem de probabil.

Având în vedere această percepție a potențialului pericol, Institutul Foresight (fondat de Kim Eric Drexler pentru a se pregăti pentru sosirea viitoarelor tehnologii) a elaborat o serie de orientări [24] pentru dezvoltarea etică a nanotehnologiei. Acestea includ interzicerea hrănirii gratuite a pseudoorganismelor auto-replicabile cel puțin pe suprafața Pământului și, eventual, în altă parte.

Critici și probleme tehnice

Fezabilitatea tehnologiilor de bază analizate în nanosisteme a făcut obiectul unei revizuiri științifice oficiale de către Academia Națională de Științe a Statelor Unite și a fost, de asemenea, punctul central al multor dezbateri pe internet și în presa populară.

Studii și recomandări de la Academia Națională de Științe din SUA

În 2006, Academia Națională de Științe din SUA a publicat raportul unui studiu privind producția moleculară ca parte a unui raport mai lung, O chestiune de dimensiune: revizuire trienală a inițiativei naționale de nanotehnologie . [25] Comitetul de studiu a examinat conținutul tehnic al nanosistemelor și, în concluzia sa, stabilește că nicio analiză teoretică actuală nu poate fi considerată definitivă în ceea ce privește diferitele întrebări despre performanța potențială a sistemului și că căile optime de implementare a sistemelor pentru performanțe ridicate. nu poate fi prezis cu certitudine. Se recomandă cercetarea experimentală pentru a avansa cunoștințele în acest domeniu:

„ Chiar dacă se pot face calcule teoretice astăzi, domeniul realizabil la sfârșitul ciclurilor de reacție chimică, a marjelor de eroare, a vitezei de funcționare, a eficienței termodinamice și a unor astfel de sisteme de producție de jos în sus , nu poate fi prezis în mod fiabil în acest moment . Astfel, în final, perfecțiunea și complexitatea realizabile a artefactelor, deși teoretic pot fi calculate, nu pot fi prezise cu certitudine. În cele din urmă, căile optime de cercetare care ar putea duce la sisteme care depășesc cu mult eficiența termodinamică și alte funcționalități ale sistemelor biologice nu pot fi prezise în mod fiabil în acest moment. Finanțarea cercetării, bazată pe capacitatea cercetătorilor de a produce demonstrații experimentale, bazate pe modele abstracte și pe intuiția de orientare pe termen lung, este foarte adecvată pentru a realiza acest lucru . "

Asamblori universali împotriva nanoindustriilor

O secțiune din Motoare de creație Drexler este intitulată [26] „Universal Assemblers” (Asamblatori universali), iar textul următor vorbește despre asamblori moleculari care ar putea „construi ipotetic aproape tot ceea ce legile naturii permit să existe”. Colegul lui Drexler, Ralph Merkle, a constatat că, contrar legendei populare, [27] Drexler nu a susținut niciodată că sistemele de asamblare ar putea construi absolut orice structură moleculară. Notele finale din cartea lui Drexler explică calificarea „cvasi”:

„ De exemplu, o structură delicată ar putea fi proiectată astfel încât, ca un arc de piatră, să se autodistrugă dacă toate piesele sale nu ar fi fost deja la locul lor. Dacă nu a fost loc în proiectare pentru amplasarea și îndepărtarea unei schele, structura ar putea fi imposibil de construit. Puține structuri de interes practic par să poată arăta, totuși, o astfel de problemă . "

În 1992, Drexler a publicat Nanosystems: Molecular Machinery, Manufacturing and Computation , [8] o propunere detaliată pentru sintetizarea structurilor covalente rigide utilizând o fabrică de masă . În timp ce o astfel de nanofabrică ar fi mult mai puțin puternică decât un ansamblu universal proteic, ar fi totuși extrem de capabilă. Structurile diamontoidale și alte structuri rigide covalente, dacă ar fi realizate, ar avea o gamă largă de aplicații posibile, care depășesc cu mult tehnologia MEMS actuală. O schemă de traseu a fost prezentată în 1992 pentru construcția unei fabrici de masă, în absența unui asamblator cvasi-universal. Alți cercetători au început să realizeze, într-un mod experimental, căile alternative [5] propuse, din acest motiv „Nanosistemele” a fost publicat în anii următori.

Dezbaterea Smalley-Drexler

Mulți cercetători, inclusiv laureatul Premiului Nobel Richard Smalley (1943-2005), [28] au atacat conceptul de asamblători universali, ducând la respingerea de către Drexler și colegi, [29] și, în cele din urmă, la un schimb de scrisori. [30] Smalley a susținut că chimia este extrem de complicată, reacțiile sunt dificil de controlat și că un asamblator universal este science fiction. Cu toate acestea, Drexler și colegii săi au subliniat că Drexler nu a propus niciodată asamblori universali capabili să facă absolut nimic, ci au sugerat în schimb asamblori mai limitați capabili să facă o varietate foarte largă de lucruri. Ei au contestat relevanța argumentelor lui Smalley cu propunerile mai specifice prezentate în Nanosisteme .

Fezabilitatea propunerilor în nanosisteme

Fezabilitatea propunerilor lui Drexler depinde în mare măsură de faptul dacă proiectele precum cele din Nanosisteme ar putea fi fabricate în absența unui asamblor universal care să le construiască și dacă acestea ar funcționa așa cum este descris. Susținătorii nanotehnologiei moleculare afirmă frecvent că nu au fost descoperite erori semnificative în Nanosisteme începând cu 1992. Chiar și unii critici recunosc [31] că „Drexler a examinat cu atenție o serie de principii fizice care stau la baza aspectelor„ la nivel înalt ”ale nanosistemelor, după cum a propus și, într-adevăr, în unele detalii s-a gândit la vreo întrebare ”.

Alți critici susțin, totuși, că Nanosystems omite detalii chimice importante referitoare la „limbajul mașinilor” de nivel scăzut al nanotehnologiei moleculare. [32] [33] [34] [35] Ei susțin, de asemenea, că o mare parte din celelalte produse chimice de nivel scăzut din nanosisteme necesită o muncă suplimentară extinsă și că, prin urmare, proiectele de nivel superior ale lui Drexler rămân pe o bază speculativă. Lucrările ulterioare recente ale Freitas și Merkle [36] vizează consolidarea acestor fundații prin reducerea lacunelor existente în chimia la nivel scăzut.

Drexler susține [37] că poate fi necesar să așteptăm până când nanotehnologia noastră convențională se îmbunătățește înainte de a rezolva aceste probleme:

Fabricarea moleculară rezultă dintr-o serie de progrese în sistemele de mașini moleculare, la fel cum prima aterizare pe lună a rezultat dintr-o serie de progrese în sistemele de rachete care utilizează combustibil lichid. Ne aflăm acum într-o situație ca cea a Societății Britanice Interplanetare din 1930, care descrie modul în care rachetele cu mai multe etape cu combustibil lichid ar putea ajunge pe Lună și arătând primele rachete ca ilustrații ale principiului de bază . "

Cu toate acestea, Freitas și Merkle susțin [38] că un efort concentrat pentru a realiza mecanosinteza diamantului (DMS) poate începe acum, folosind tehnologia existentă, și ar putea obține succes în mai puțin de un deceniu dacă

Abordarea directa a DMS, mai degraba decat o abordare de dezvoltare sinuos, care cauta sa implementeze mai putin eficiente non-diamondoid tehnologii de fabricare moleculara inainte de a trece la diamondoid .

Pentru a rezuma argumentele împotriva fezabilității: În primul rând, criticii susțin că principalul obstacol în calea realizării nanotehnologiei moleculare este lipsa unei modalități eficiente de a crea mașini la scară moleculară / atomică, în special în absența unei căi bine definite către o auto- asamblare replicatoare sau nanofabrică a diamontoizilor; în timp ce susținătorii susțin că o cale de cercetare preliminară este deja în curs de dezvoltare pentru realizarea sa. [6]

O a doua dificultate în realizarea nanotehnologiei moleculare este proiectul. Proiectarea manuală a unui echipament la nivel atomic sau detectarea este o sarcină istovitoare. În timp ce Drexler, Merkle și alții au creat câteva modele simple de piese, nu s-a încercat niciun efort general de proiectare, departe de complexitatea unui model Ford T. Susținătorii răspund că este dificil să întreprinzi un efort general de proiectare în absența unei finanțări semnificative și că, în ciuda acestui handicap, multe proiecte utile au fost realizate cu noi instrumente software, dezvoltate de exemplu. în Nanorex. [39]

O a treia dificultate în implementarea tehnologiei moleculare este separarea dintre testele reușite și studiile eșuate, explicând mecanismele care au dus la eșecul lor. Spre deosebire de evoluția biologică, care se desfășoară prin variații aleatorii în ansambluri de organisme combinate cu reproducere / dispariție deterministă ca proces de selecție pentru a atinge o mare complexitate, de-a lungul a miliarde de ani, proiectarea și construirea deliberată a mecanismelor la scară nanometrică necesită alte mijloace de reproducere / extincție pentru a fi cernute. succesele din eșecurile în trecerea de la simplitate la complexitate. Aceste mijloace sunt dificil de stabilit (și inexistent în prezent) dacă nimic altceva pentru micile ansambluri de atomi observabile cu un microscop de forță atomică (AFM, microscop de forță atomică) sau microscop de scanare cu tunel (STM, Scanning Tunneling Microscope). Susținătorii sunt de acord că aceasta este o constrângere validă folosind tehnologia actuală, dar insistă că nu este o constrângere fundamentală impusă de legile fizicii. Aceștia susțin că odată fabricate în viitor sfaturi de instrumente mecanosintetice și instrumente moleculare similare controlate pozițional, aceeași tehnologie ar putea permite prototiparea , experimentarea și refacerea proiectelor eșuate. Cu toate acestea, atât criticii, cât și susținătorii sunt de acord că această așteptare rămâne de demonstrat și că vor fi necesare cercetări suplimentare pentru a rezolva problema.

În cel mai recent raport, A Matter of Size: Triennial Review of the National Nanotechnology Initiative , [25] publicat de National Academies Press în decembrie 2006 (aproximativ douăzeci de ani după publicarea Engines of Creation ), nu există o cale clară care să ducă la Nanotehnologia moleculară mai putea fi văzută, așa cum se explică în concluzia de la pagina 108 a raportului:

„ Deși se pot face calcule teoretice astăzi, nu se așteaptă ca în acest moment seria de cicluri de reacție chimică, ratele de eroare, ratele de funcționare și eficiența termodinamică a acestor sisteme de fabricație dejos în sus realizabile. Astfel, perfecțiunea realizabilă în cele din urmă și complexitatea produselor industriei prelucrătoare, în timp ce în teorie pot fi calculate, nu pot fi prezise cu certitudine. În cele din urmă, căile optime de cercetare care ar putea duce la sisteme care depășesc cu mult eficiența termodinamică și alte funcționalități ale sistemelor biologice nu pot fi prezise în mod fiabil în acest moment. Finanțarea cercetării, bazată pe capacitatea cercetătorilor de a produce demonstrații experimentale bazate pe modele abstracte și care conduc la o perspectivă pe termen lung, este foarte potrivită pentru a realiza acest lucru . "

Această cerere de cercetare care duce la demonstrații este binevenită de grupuri, cum ar fi Nanofactory Collaboration , care caută în mod special succese experimentale în mecanosinteza diamantelor. [40] Poate că viitorul „Foaie de parcurs tehnologică pentru nanosistemele productive ” (Foaia de parcurs pentru nanosistemele productive) [41] va oferi idei constructive suplimentare.

Poate este interesant să ne întrebăm dacă cele mai multe structuri compatibile cu legile fizicii pot fi de fapt fabricate. Este mai dificil să răspunzi la această întrebare decât, de exemplu, cea a teoremei celor patru culori care a fost propusă în 1852 și demonstrată în 1976 și este conceptual imposibil de demonstrat negarea acesteia, deoarece nu poate fi demonstrată nicio dovadă printr-un contra-exemplu. furnizat. Susținătorii susțin că pentru a atinge cea mai mare capacitate de fabricație moleculară nu este necesar să se poată construi „orice structură compatibilă cu legea naturală”. Mai degrabă, este necesar să se poată construi doar un subset suficient (posibil modest) de astfel de structuri - așa cum este adevărat, de fapt, pentru orice proces de fabricație utilizat în lumea actuală și chiar în biologie. În orice caz, așa cum a spus odată Richard Feynman

"Este științific doar să spui ceea ce este mai probabil sau mai puțin probabil și să nu stai tot timpul dovedind ceea ce este posibil sau imposibil."

( Caracterul dreptului fizic , Richard Feynman . )

Lucrări existente despre mecanosinteza diamantelor

Vi è un crescente corpo di lavoro teorico revisionato in modo paritetico sulla sintesi del diamante tramite la rimozione / aggiunta in modo meccanico di atomi di idrogeno [42] e depositando atomi di carbonio [43] [44] [45] [46] [47] [48] (un processo noto come meccanosintesi ). Questo lavoro sta lentamente permeando la comunità più vasta di nanoscienza ed è criticato. Per esempio, Peng et al. (2006) [47] (Nell'attività di ricerca permanente, da Freitas, Merkle e dai loro collaboratori) riferisce che il più studiato motivo di tooltip di mecanosintesi (DCB6Ge) colloca con successo un dimero di carbonio C 2 su una superficie di diamante C(110), sia a 300 K (temperatura ambiente) che a 80 K (temperatura dell'azoto liquido), e che la variante di silicio (DCB6Si) lavora anche a 80 K, ma non a 300 K. Oltre 100.000 ore di CPU sono stati investiti in quest'ultimo studio. Il motivo di tooltip DCB6, inizialmente descritto da Merkle e Freitas alla Foresight Conference del 2002, è stato il primo tooltip completo mai proposto per la meccanosintesi del diamante e rimane l'unico motivo di tooltip simulato con successo per la sua funzione designata su una completa superficie di diamante di 200 atomi.

I tooltip modellati in questo lavoro sono destinati ad essere utilizzati soltanto in ambienti accuratamente controllati (per es. sottovuoto). I limiti massimi accettabili per tooltip di traslazione ed errori di spostamenti rotazionali sono riportati in Peng et al. (2006) - i tooltip devono essere posizionati con grande precisione per evitare di legare il dimero in modo errato. Un osservatore scettico potrebbe inizialmente osservare l'incertezza della posizione in cui è collocato l'atomo di carbonio nella figura 9 di questo lavoro e concludere che essa è raggiunta solo attraverso un semplice trucco come per il testo dell'articolo:

«Le simulazioni sono state eseguite incatenando tutti e 50 gli atomi di carbonio nel piano più alto del manico ( handle ) dello strumento, a causa della loro posizione energetica ridotta, usando una grande forza di contenimento pari alla rigidezza di legame CC creata dalla forza di campo MM2 di 440 N/m, o 633 kcal/mol-Å, con diverse posizioni atomiche iniziali e velocità iniziali randomizzate per ogni simulazione indipendente ...»

Qualche critico potrebbe obiettare che ciò ignora irrealisticamente la necessità per alcuni tipi di strutture più grandi di posizionare il manico dello strumento rispetto al pezzo in lavorazione, la struttura più grande la necessità di avere la sua propria rigidità non-infinita e modi vibrazionali finiti che comportano un'incertezza posizionale aggiuntiva. Tuttavia, Peng et al. (2006) riferiscono che incrementando lo spessore del manico da 4 piani di sostegno di atomi di C sopra il tooltip a 5 piani diminuisce la frequenza di risonanza dell'intera struttura da 2,0 THz a 1,8 THz. Ancora più importante, le impronte vibrazionali di un tooltip DCB6Ge montato su un manico di 384 atomi e dello stesso tooltip montato su uno altrettanto limitato, ma molto più grande di un manico "crossbar" di 636 atomi, sono virtualmente identici nelle direzioni non-crossbar. Gli studi computazionali supplementari che modellano strutture di manico ancora più grandi sono i benvenuti, ma la capacità di posizionare con precisione le punte ( tips ) di SPM per la necessaria precisione non atomica è stata più volte sperimentalmente dimostrata a bassa temperatura, [49] [50] costituendo una prova dell'esistenza di base per questa funzionalità.

Ulteriori ricerche [51] che prendano in considerazione i tooltip aggiuntivi richiederanno una chimica computazionale con tempi lunghi e un lavoro di laboratorio difficile.

Una nanofabbrica in funzione richiederebbe una serie di punte ( tips ) ben progettate per reazioni diverse e analisi dettagliate nel posizionare atomi su superfici più complicate. Sebbene questo sembra un problema impegnativo, considerate le attuali risorse, molti strumenti saranno disponibili per aiutare i futuri ricercatori: la legge di Moore predice un ulteriore aumento della potenza del computer, mentre le tecniche di fabbricazione di semiconduttori continuano ad avvicinarsi alla scala nanometrica ei ricercatori della nuova chimica diventano sempre più abili a utilizzare le proteine , i ribosomi e il DNA .

Opere di riferimento

  • Il principale lavoro tecnico di riferimento riguardante questo argomento è Nanosystems: Molecular Machinery, Manufacturing, and Computation , [8] un'indagine approfondita basata sulla fisica di una particolare classe di nanomacchine potenziali e sistemi di produzione molecolare, con ampie analisi riguardo alla loro fattibilità e prestazione. I nanosistemi sono strettamente legati alla tesi di dottorato alMIT di Drexler, " Molecular Machinery and Manufacturing with Applications to Computation ". [52] Entrambe le opere discutono anche riguardo all'iter di sviluppo tecnologico che inizia con la scansione di sonda e le tecnologie biomolecolari.
  • Drexler e altri estendevano le idee della nanotecnologia molecolare in molti altri libri. Unbounding the Future: the Nanotechnology Revolution [53] o Unbounding the Future è un libro facile da leggere che introduce le idee della nanotecnologia molecolare in un modo non troppo tecnico. Altre opere di rilievo su questa stessa linea sono Nanomedicine Vol. I [54] e Vol. IIA [55] di Robert Freitas e Kinematic Self-Replicating Machines [56] di Robert Freitas e Ralph Merkle .
  • Nanotechnology: Molecular Speculations on Global Abundance [57] curata da BC Crandall offre interessanti idee per le applicazioni in nanotecnologia molecolare.

Opere di fantascienza

  • In The Diamond Age di Neal Stephenson i diamanti possono essere fabbricati semplicemente partendo dagli atomi di carbonio. Inoltre tutti i tipi di dispositivi, dal rilevamento della dimensione delle polveri agli zeppelin di diamanti giganti, sono costruiti atomo per atomo utilizzando soltanto atomi di carbonio, ossigeno, azoto e cloro.
  • Nel romanzo Tomorrow [58] di Andrew Saltzman, uno scienziato usa la nanorobotica per creare un liquido che quando iniettato nel sangue , rende la persona quasi invincibile dato che le macchine microscopiche riparano il tessuto danneggiato quasi istantaneamente.
  • Nella serie manga Battle Angel Alita lo scienziato Desty Nova è specializzato in nanotecnologia molecolare.
  • Nel romanzo Preda (romanzo) (2002) M. Crichton affronta i temi dell'intelligenza nanorobotica applicata alle biotecnologie e le conseguenze di una sua perdita di controllo, ipotizzando quanto un'azienda possa diventare spericolata o avventata di fronte a notevoli possibilità di guadagno

Note

  1. ^ ( EN ) What is Nanotechnology? , su crnano.org , Centre for Responsible Nanotechnology.
  2. ^ ( EN ) Doing MM - Wise Nano , su wise-nano.org . URL consultato il 19 marzo 2010 (archiviato dall' url originale l'8 novembre 2005) .
  3. ^ ( EN ) Foresight Nanotech Institute Launches Nanotechnology Roadmap , su physorg.com , 21 giugno 2005. URL consultato il 19 marzo 2010 .
  4. ^ ( EN ) Christine Peterson, Nanotechnology Roadmap launch: Productive Nanosystems Conference, Oct 9-10 , su foresight.org , 8 maggio 2007. URL consultato il 19 marzo 2010 .
  5. ^ a b ( EN ) Nanofactory Collaboration, What is a Nanofactory? , su MolecularAssembler.com . URL consultato il 19 marzo 2010 .
  6. ^ a b ( EN ) Nanofactory Collaboration, Remaining Technical Challenges for Achieving Positional Diamondoid Molecular Manufacturing and Diamondoid Nanofactories , su MolecularAssembler.com . URL consultato il 19 marzo 2010 .
  7. ^ ( EN ) Center for Responsible Nanotechnology, CRN Global Task Force on Implications and Policy , su crnano.org . URL consultato il 19 marzo 2010 .
  8. ^ a b c d ( EN ) KE Drexler, Nanosystems: Molecular Machinery, Manufacturing, and Computation , su e-drexler.com , New York, John Wiley & Sons, 1992. URL consultato il 19 marzo 2010 .
  9. ^ ( EN ) Robert A. Freitas Jr., Merkle Ralph C., Kinematic Self-Replicating Machines. 3.23.4 Suthakorn-Cushing-Chirikjian Autonomous Replicator (2002-2003) , su MolecularAssembler.com , Georgetown, Landes Bioscience, 2004. URL consultato il 19 marzo 2010 .
  10. ^ a b ( EN ) Neil Jacobstein, Molecular Nanotechnology Guidelines ( PDF ), su foresight.org , Foresight Institute and IMM., 6 aprile 2006. URL consultato il 19 marzo 2010 (archiviato dall' url originale il 13 giugno 2010) .
  11. ^ ( EN ) Robert A. Freitas Jr., Merkle Ralph C., 5.1.9 Freitas-Merkle Map of the Kinematic Replicator Design Space (2003-2004) , su molecularassembler.com , Georgetown, Landes Bioscience, 2004. URL consultato il 19 marzo 2010 .
  12. ^ ( EN ) Robert A. Freitas Jr., Molecular Manufacturing: Too Dangerous to Allow? ( PDF ), in Nanotechnology Perceptions , Palo Alto, California, USA, Institute for Molecular Manufacturing, 2006, N04FR06-p.15.pmd. URL consultato il 19 marzo 2010 .
  13. ^ ( EN ) Robert A. Freitas Jr., Nanomedicine Book Site , su nanomedicine.com , 1996-2010. URL consultato il 19 marzo 2010 .
  14. ^ ( EN ) Robert A. Freitas Jr., Nanomedicine, Nanorobotics, Nanofactories, Molecular Assemblers and Machine-Phase Nanotechnology , su rfreitas.com . URL consultato il 19 marzo 2010 .
  15. ^ ( EN ) Robert A. Freitas Jr., 2.4.2. Nanomedicine, Volume I: Basic Capabilities , su nanomedicine.com , vol. 1, Georgetown, Landes Bioscience, 1999. URL consultato il 19 marzo 2010 .
  16. ^ ( EN ) Utility Fog: The Stuff that Dreams are Made Of , su discuss.foresight.org . URL consultato il 19 marzo 2010 (archiviato dall' url originale l'11 novembre 2006) .
  17. ^ M. Elisabetta Bonafede, La realtà artificiale dei foglets , su estropico.blogspot.com , Estropico, 28 aprile 2010.
  18. ^ ( EN ) Phased Array Optics , su phased-array.com . URL consultato il 19 marzo 2010 .
  19. ^ ( EN ) Brian Wowk, Phased Array Optics , su phased-array.com , 3 ottobre 1991. URL consultato il 19 marzo 2010 .
  20. ^ ( EN ) Robert A. Freitas Jr, Economic Impact of the Personal Nanofactory ( PDF ), su rfreitas.com , Palo Alto, California, USA, Institute for Molecular Manufacturing, 2006. URL consultato il 19 marzo 2010 .
  21. ^ ( EN ) Robert A. Freitas Jr., Tangible Nanomoney , su rfreitas.com , 2000. URL consultato il 19 marzo 2010 .
  22. ^ ( EN ) Center for Responsible Research, Nanotechnology: Dangers of Molecular Manufacturing , su crnano.org . URL consultato il 19 marzo 2010 .
  23. ^ ( EN ) Robert A. Freitas Jr., Some Limits to Global Ecophagy by Biovorous Nanoreplicators, with Public Policy Recommendations , su rfreitas.com , aprile 2000. URL consultato il 19 marzo 2010 .
  24. ^ ( EN ) Neil Jacobstein, Foresight Guidelines for Responsible Nanotechnology Development , su foresight.org , Foresight Institute and IMM, aprile 2006. URL consultato il 19 marzo 2010 .
  25. ^ a b ( EN ) A Matter of Size: Triennial Review of the National Nanotechnology Initiative , su nap.edu , 2006, 200. URL consultato il 19 marzo 2010 .
  26. ^ ( EN ) Kim Eric Drexler, Engines of Creation , su e-drexler.com , New York, Anchor Books, Oxford University Press, 1986. URL consultato il 19 marzo 2010 .
  27. ^ ( EN ) How good scientists reach bad conclusions , su foresight.org . URL consultato il 19 marzo 2010 .
  28. ^ ( EN ) Richard E. Smalley, Of Chemistry, Love and Nanobots , in Scientific American , settembre 2001. URL consultato il 19 marzo 2010 .
  29. ^ ( EN ) Kim Eric Drexler, David Forrest; Robert A. Freitas Jr.; J. Storrs Hall; Neil Jacobstein; Tom McKendree; Ralph Merkle; Christine Peterson, Debate About Assemblers — Smalley Rebuttal. On Physics, Fundamentals, and Nanorobots: A Rebuttal to Smalley's Assertion that Self-Replicating Mechanical Nanorobots Are Simply Not Possible , su imm.org , Institute for Molecular Manufacturing, 2001. URL consultato il 19 marzo 2010 .
  30. ^ ( EN ) Cover Story - Nanotechnology. Drexler and Smalley make the case for and against "molecular assemblers" , su pubs.acs.org , vol. 81, n. 48, 1º dicembre 2003, 37-42, ISSN 0009-2347 ( WC · ACNP ) . URL consultato il 19 marzo 2010 .
  31. ^ ( EN ) Is mechanosynthesis feasible? The debate moves up a gear , su softmachines.org . URL consultato il 19 marzo 2010 .
  32. ^ ( EN ) Ed Regis, The Incredible Shrinking Man , su wired.com , ottobre 2004. URL consultato il 19 marzo 2010 .
  33. ^ ( EN ) Philip Moriarty, The Atkinson-Phoenix Nanotech Debate , su nanotech-now.com , 5 dicembre 2003. URL consultato il 19 marzo 2010 .
  34. ^ ( EN )Is mechanosynthesis feasible? The debate continues , su softmachines.org . URL consultato il 21 marzo 2010 .
  35. ^ ( EN ) Richard Jones, Six challenges for molecular nanotechnology , su softmachines.org . URL consultato il 19 marzo 2010 .
  36. ^ ( EN ) Nanofactory Collaboration Publications, Publications of the Nanofactory Collaboration 2000-present , su MolecularAssembler.com . URL consultato il 19 marzo 2010 .
  37. ^ ( EN ) Dear Chris ( PDF ), su softmachines.org . URL consultato il 19 marzo 2010 .
  38. ^ ( EN ) Nanofactory Collaboration, Research Funding Urgently Needed , su MolecularAssembler.com . URL consultato il 19 marzo 2010 .
  39. ^ ( EN ) Nanorex, Inc., Molecular Machinery Gallery. Beware of the stroboscopic illusion! , su nanoengineer-1.com . URL consultato il 19 marzo 2010 (archiviato dall' url originale il 21 ottobre 2010) .
  40. ^ ( EN ) Nanofactory Collaboration, Introduction to Diamond Mechanosynthesis (DMS) , su MolecularAssembler.com . URL consultato il 19 marzo 2010 .
  41. ^ ( EN ) Technology Roadmap for Productive Nanosystems , su foresight.org . URL consultato il 19 marzo 2010 .
  42. ^ ( EN ) Berhane Temelso, C. David Sherrill; Ralph C. Merkle; Robert A. Freitas Jr., High-level Ab Initio Studies of Hydrogen Abstraction from Prototype Hydrocarbon Systems ( PDF ), su MolecularAssembler.com , vol. 110, Palo Alto, California, 19 luglio 2006, 11160-11173. URL consultato il 19 marzo 2010 .
  43. ^ ( EN ) Robert A. Freitas Jr., Ralph C. Merkle, Theoretical Analysis of a Carbon-Carbon Dimer Placement Tool for Diamond Mechanosynthesis ( PDF ), su rfreitas.com , vol. 3, Richardson, Texas, USA, 2003, 319-324. URL consultato il 19 marzo 2010 .
  44. ^ ( EN ) Robert A. Freitas Jr., Jingping Peng; Ralph C. Merkle, Part I. Stability of C 2 Mediated Growth of Nanocrystalline Diamond C(110) Surface ( PDF ), su MolecularAssembler.com , vol. 1, Richardson, Texas, USA, American Scientific Publishers, 2004, 62-70. URL consultato il 19 marzo 2010 (archiviato dall' url originale il 17 giugno 2007) .
  45. ^ ( EN ) Robert A. Freitas Jr., Jingping Peng; Ralph C. Merkle, Theoretical Analysis of Diamond Mechanosynthesis. Part II. C 2 Mediated Growth of Diamond C(110) Surface via Si/Ge-Triadamantane Dimer Placement Tools ( PDF ), su MolecularAssembler.com , vol. 1, Richardson, Texas, USA, American Scientific Publishers, 2004, 71-80. URL consultato il 19 marzo 2010 (archiviato dall' url originale il 16 marzo 2009) .
  46. ^ ( EN ) Kim Eric Drexler, Damian G. Allis, Design and Analysis of a Molecular Tool for Carbon Transfer in Mechanosynthesis ( PDF ), su e-drexler.com , vol. 2, American Scientific Publishers, 2005, 71-80. URL consultato il 19 marzo 2010 .
  47. ^ a b ( EN ) Robert A. Freitas, Jr., Jingping Peng; Ralph C. Merkle; James R. Von Ehr; John N. Randall; George D. Skidmore, Theoretical Analysis of Diamond Mechanosynthesis. Part III. Positional C 2 Deposition on Diamond C(110) Surface using Si/Ge/Sn-based Dimer Placement Tools ( PDF ), su MolecularAssembler.com , vol. 3, American Scientific Publishers, 2006, 28-41. URL consultato il 19 marzo 2010 .
  48. ^ ( EN ) Robert A. Freitas Jr., Ralph C. Merkle; Damian G. Allis, Horizontal Ge-Substituted Polymantane-Based C 2 Dimer Placement Tooltip Motifs for Diamond Mechanosynthesis , vol. 4, 2006.
  49. ^ ( EN ) Atomically Resolved and Single Molecule Imaging, Spectroscopy, Dynamics, and Chemistry , su physics.uci.edu . URL consultato il 19 marzo 2010 .
  50. ^ ( EN ) Mechanical Vertical Manipulation of Selected Single Atoms by Soft Nanoindentation Using Near Contact Atomic Force Microscopy , su link.aps.org , vol. 90, n. 17, 2003, 4. URL consultato il 19 marzo 2010 .
  51. ^ ( EN ) Annotated Bibliography on Diamond Mechanosynthesis (DMS) , su MolecularAssembler.com , 16 dicembre 2003. URL consultato il 19 marzo 2010 .
  52. ^ ( EN ) Kim Eric Drexler, Molecular Machinery and Manufacturing with Applications to Computation ( PDF ), su e-drexler.com , 1977. URL consultato il 19 marzo 2010 (archiviato dall' url originale il 17 luglio 2011) .
  53. ^ ( EN ) Kim Eric Drexler, Chris Peterson; Gayle Pergamit, Unbounding the Future: the Nanotechnology Revolution , su foresight.org , New York, William Morrow and Company William Morrow and Company, Inc.,, 1991. URL consultato il 20 marzo 2010 .
  54. ^ ( EN ) Robert A. Freitas Jr., Nanomedicine, Volume I: Basic Capabilities , vol. 1, Georgetown, Texas, Landes Bioscience, 1999. URL consultato il 20 marzo 2010 (archiviato dall' url originale il 14 agosto 2015) .
  55. ^ ( EN ) Robert A. Freitas Jr., Nanomedicine, Volume IIA: Biocompatibility , IIA, Georgetown, Texas, Landes Bioscience, 2003. URL consultato il 19 marzo 2010 .
  56. ^ ( EN ) Robert A. Freitas Jr., Ralph C. Merkle, Kinematic Self-Replicating Machines , su MolecularAssembler.com , Georgetown, Texas, Landes Bioscience, 2004. URL consultato il 19 marzo 2010 .
  57. ^ ( EN ) BC Crandall, Nanotechnology: Molecular Speculations on Global Abundance , agosto 1996, ISBN 0-262-53137-2 . URL consultato il 20 marzo 2010 (archiviato dall' url originale il 22 agosto 2010) .
  58. ^ ( EN ) Andrew Saltzman, Tomorrow , ISBN 1-4243-1027-X .

Voci correlate

Collegamenti esterni

Scienza e tecnica Portale Scienza e tecnica : accedi alle voci di Wikipedia che trattano di scienza e tecnica
Estratto da " https://it.wikipedia.org/w/index.php?title=Nanotecnologia_molecolare&oldid=120461218 "