Nanotehnologie

Buckminsterfullerene C60

Nanotehnologia este o ramură a științei și tehnologiei aplicate care se ocupă cu controlul materiei pe o scară dimensională în domeniul nanometrilor , adică o miliardime de metru (în general între 1 și 100 nanometri) și cu proiectarea și construcția dispozitivelor în această scară . Termenul "nanotehnologie" se referă generic la manipularea materiei la nivel atomic și molecular și, în special, se referă la lungimi de ordinul câtorva trepte de rețea. ^[1]

Istorie

Același subiect în detaliu: Istoria nanotehnologiei .

Reprezentarea computerizată a unui „angrenaj” de dimensiuni nanometrice

Prima referire la nanotehnologie (care nu utilizează încă acest termen) datează de la discursul susținut de Richard Feynman în 1959 , intitulat Există o mulțime de spațiu în partea de jos . ^{[2] [3]}
Feynman a sugerat o modalitate de a dezvolta abilitatea de a manipula direct atomii și moleculele, așa - numitul scale-down . Metoda a fost de a proiecta o serie de mașini-unelte la o scară de 1:10, apoi de a le utiliza pentru a dezvolta și controla următoarea generație de scule, la o scară de 1: 100 și așa mai departe. Odată cu reducerea dimensiunii, a fost necesară reproiectarea unor instrumente, datorită faptului că relația dintre diferitele forțe s-a schimbat (adică condiția similarității dinamice nu mai era acolo ). Pentru dimensiuni tot mai mici, de fapt, contribuția gravitației devine din ce în ce mai puțin preponderentă, în timp ce contribuția tensiunii superficiale și a forțelor Van der Waals devine decisivă. Feynman a luat în considerare toate aceste probleme de scară în discursul său.

Termenul de nanotehnologie a fost inventat de Kim Eric Drexler , care l-a folosit în cartea sa din 1986 Engines of Creation: The Coming Era of Nanotechnology . În capitolul patru, Drexler introduce conceptul de auto - replicare ^[4] . Pe măsură ce celulele construiesc copii ale lor pentru a le reproduce, la fel și roboții moleculari proiectați de om s-ar putea autoreplica. În consecință, după investițiile inițiale în proiectarea și construcția primului robot molecular capabil de auto-replicare, costurile roboților ulteriori ar fi neglijabile. Aceiași roboți cu capacități generice (numiți asamblori ) ar putea apoi să construiască obiecte mai specializate, folosind ca materii prime pentru producție: atomi, energie , proiectare software și timp .

Comparație la diferite scări spațiale a materialelor din carbon cu alte obiecte fizice

Ralph Merkle a comparat abordarea chimiei cu nanotehnologia cu încercarea de a manipula cărămizi asamblabile purtând mănuși de box : de fapt, înainte de apariția nanotehnologiei, a existat o lipsă de instrumente care să permită poziționarea unui anumit atom într-o anumită poziție (pentru a se leagă cu un alt atom ales nu întâmplător), pentru care singura posibilitate era de a procesa un număr mare de atomi, astfel încât să existe o anumită probabilitate statistică de a obține rezultatul dorit. De fapt, dintr-o anumită reacție chimică, se obțin în general mai multe specii de produse atomice diferite. O reacție chimică trebuie apoi urmată de un proces de filtrare fizică, pentru a extrage speciile care vă interesează, separându-le de celelalte specii.

Dimpotrivă, procesele nanotehnologice au o selectivitate mai mare decât metodologiile tradiționale. Dezvoltarea nanotehnologiei este legată de procesul de scanare a efectului sondei , dezvoltat inițial ca o formă de microscopie avansată sub numele de microscop cu efect de tunel și ulterior rafinat pentru a produce o varietate de instrumente capabile să sondeze materia. Cu rezoluții mai mari decât una miliardimi de metru și cu posibilitatea de a interacționa cu un singur atom (de exemplu, traducându-l după bunul plac pe o suprafață sau fixându-l pe acesta).

În ciuda progreselor înregistrate în fabricarea computerelor , miniaturizarea circuitelor și manipularea atomilor individuali, construcția nanomașinelor rămâne în stadiul embrionar până în 2009 . Cercetările în acest domeniu au condus la dezvoltarea de software de simulare (cum ar fi NanoCAD ).

Descriere

Aplicații

Microelectronică folosind elemente de nanotehnologie

Nanotehnologia operează într-un domeniu de cercetare multidisciplinar, care implică mai multe domenii de cercetare, inclusiv: biologie moleculară , chimie , știința materialelor , fizică (atât aplicată, cât și de bază), inginerie mecanică , inginerie chimică și electronică , bioinginerie . Poate fi văzut atât ca o extindere a științelor existente la nano-scară, cât și ca o „reajustare” a acestora. Există două abordări principale urmate în acest domeniu:

• bottom-up abordare (de jos în sus): materialele și dispozitivele sunt realizate pornind de la componentele moleculare care autoasamblează prin legături chimice, exploatând principiile de recunoaștere moleculară ( chimiei supramoleculare );
• abordare de sus în jos : dispozitivele sunt fabricate din materiale macroscopice printr-un control atent al proceselor de miniaturizare la nivel atomic.

Nanomachine fabricate

Cel mai rapid motor cu lumină moleculară existent „Sunny”, capabil de 60.000 de rotații pe minut , a fost proiectat la Universitatea din Bologna de echipa profesorului Vincenzo Balzani și publicat în revista SUA Proceedings of the National Academy of Sciences . ^[5] Motorul este compus dintr-o moleculă filiformă de aprox 6 nm , care funcționează ca o axă de alunecare pentru o moleculă circulară cu un diametru de 1,3 nm. La dezvoltarea Sunny au participat Alberto Credi , Margherita Venturi și personalul Fraser Stoddart de la Universitatea din California din Los Angeles . Mai mult sau mai puțin același grup care deja în primăvara anului 2004 anunțase o altă nanomașină, un lift numit „Nanospider” pentru forma sa arahnidă ^[6] .

Evoluția tehnologică din 1995 până în 2003

În ceea ce privește sursele datelor, se aplică atât revista Nature Nanotechnology ^[7] din anul 2006, cât și informațiile de la „ Office Européen des Brevets ” (OEB) cu privire la numărul de brevete eliberate:

Evoluția cunoștințelor fundamentale între 1989 și 2000

Prin examinarea evoluției caracteristicilor publicațiilor științifice, un articol ^{[8] care} utilizează metode descriptive ale proceselor nanotehnologice permite îmbunătățirea publicării nanotehnologice și la nivel popular și cognitiv și, prin urmare, opinia publică primește informații mai corecte:

Alte efecte posibile

Această intrare sau secțiune despre subiectul tehnologiei nu citează sursele necesare sau cei prezenți sunt insuficienți . Puteți îmbunătăți această intrare adăugând citate din surse de încredere în conformitate cu liniile directoare privind utilizarea surselor . Urmați sfaturile de proiectare de referință .

Impactul posibil al nanotehnologiei asupra economiei și dreptului a fost larg dezbătut.

Nanotehnologiile prezintă, de asemenea, riscuri majore: de fapt, acestea ar putea permite construirea unor arme convenționale mai distructive la un cost redus și arme de distrugere în masă auto-replicate (așa cum fac virușii și celulele canceroase atunci când atacă corpul uman).

Nanotehnologiile aplicate medicinii tratează toate acele cunoștințe și aplicații care au o utilizare medicală și farmacologică în ordinea mărimii nanometrelor. Abordările nanotehnologice, în acest sector, variază de la utilizarea medicală a nanomaterialelor, la formularea de noi sisteme de administrare a medicamentelor, la biosenzori nanotehnologici, până la posibila utilizare, pe termen mediu, a nanotehnologiei moleculare. Există multe cercetări experimentale pentru producerea și caracterizarea nanoparticulelor care, acoperite cu polimeri biocompatibili, pot deveni purtători eficienți pentru a fi utilizați în administrarea medicamentelor . Administrarea medicamentelor este dezvoltarea de sisteme alternative de direcționare a medicamentelor în organism, cu scopul de a limita efectul biologic al acestora asupra unui anumit tip de celulă, de a îmbunătăți eficacitatea și de a reduce toxicitatea unei terapii.

O altă posibilă aplicație a nanotehnologiei este ceața utilitară , în care un nor de roboți microscopici conectați (mai simpli decât asamblatorii) și-ar schimba forma și proprietățile pentru a forma diferite obiecte sau instrumente macroscopice, răspunzând comenzilor trimise de un software . În loc să schimbe practicile actuale de consum al bunurilor materiale sub diferite forme, ceața utilitară ar înlocui pur și simplu majoritatea obiectelor fizice.

Având în vedere aceste pericole, Foresight Institute (fondat de Drexler pentru a se pregăti pentru sosirea viitoarelor tehnologii) a creat un set de principii pentru dezvoltarea etică a nanotehnologiei. ^[9] Acestea includ interzicerea pseudoorganismelor auto-replicabile (cel puțin pe suprafața Pământului și, eventual, și în alte medii). Pentru Italia , consultați documentul aprobat în 2006 de Comitetul Național de Bioetică . ^[10]

Opiniile divergente

Un sondaj realizat de Universitatea din Wisconsin ^{[11] cu} privire la opinia pe care locuitorii a 13 națiuni și-au exprimat-o despre nanotehnologie a ridicat întrebări. Sondajul a dezvăluit o predispoziție evident mai mare proastă din partea locuitorilor care profesează o credință religioasă . În Europa, națiunile cele mai opuse nanotehnologiilor au fost Anglia și Irlanda , în timp ce Olanda și Belgia au apărut în cele mai favorabile ^{[ citație necesară ]} .

Trebuie remarcat faptul că problemele abordate au vizat subiecte foarte discutate, cum ar fi OMG-urile organice , informațiile și, prin urmare, și micro-echipamentele informatice și telematice ( internet ) și așa mai departe. Fără îndoială, au fost atinse probleme etice și morale care influențează multe aspecte ale vieții de zi cu zi într-un mod tot mai omniprezent.

Conform opiniei unor experți, puse sub semnul întrebării, Carlo Bottani susține că „mai mult decât credința, substratul cultural duce la respingerea științei”; în opinia lui Edoardo Boncinelli , pe de altă parte, Italia este mult prea prudentă, iar știința este maltratată și o cultură a cercetării și brevetelor lipsește; potrivit teologului Vito Mancuso, pericolul poate apărea atunci când cineva dorește să modifice chiar „nucleul minim al personalității” în avantajul unei eficiențe fizice mai mari, cu consecința de a fi mai frumos, dar diferit de sinele original. ^[11]

Povestiri

Drexler și alții au contribuit la ideile nanotehnologiei cu alte două cărți, nelimitând Viitorul: Revoluția Nanotehnologiei [1] (Eliberează viitorul: revoluția nanotehnologiei) și Nanosistemele: mașini moleculare, producție și calcul[2] (Nanosisteme: mașini, fabrici și calcule moleculare ). Prima este o carte populară care introduce ideile nanotehnologiei, într-un mod nu prea tehnic. Al doilea este, în schimb, o analiză detaliată a numeroaselor posibile mecanisme nanotehnologice, cu o analiză științifică a posibilității de a le construi și a capacităților lor. O altă carte demnă de menționat în același sens este Nanomedicina lui Robert Freitas .

Nanotehnologia a devenit, de asemenea, o temă proeminentă de știință-ficțiune în Nanotehnologie pe pagina de start Science Fiction , pe geocities.com (arhivată din original la 11 august 2006) .

Exemplele includ Borg din Star Trek , care folosesc nanoprobele pentru asimilare; nanomachina care apără o comoară în filmul anime Lupin III - Dead or Alive: Deadly Trap , tot în Cowboy Bebop - Filmul este despre un virus puternic creat cu nanomachines; nanomașinele sunt utilizate pentru reconstrucția corpurilor în manga „ Alita ” de Yukito Kishiro ( 1990 ); protagonistul emisiunii Jake 2.0 care, infectat de naniți, dobândește superputeri; romanul Epoca diamantului ( Epoca diamantului) de Neal Stephenson , Microgenesi (Bloom) a lui Wil McCarthy , Preda lui Michael Crichton .

Toată această narațiune tratează potențialele pericole ale ingineriei moleculare , dar într-un mod mai mult sau mai puțin liniștitor; de exemplu, chiar și ecofagia este considerată un eveniment supraviețuitor. Unii critici au comparat aceste cărți cu cele ale așa-numitelor science fiction post-apocaliptice , care presupuneau că supraviețuirea după un război nuclear global era posibilă sau chiar de dorit.

În seria Knight Rider , KITT ( Knight Industries Three Thousand ) folosește nanotehnologia pentru a se repara și a-și schimba aspectul.

În filmul Transcendență , nanotehnologia este prezentată ca fiind capabilă să recompună atât clădirile, cât și țesuturile umane instantaneu, până la punctul în care, în final, protagoniștii decid să renunțe la acest tip de progres, mai degrabă decât să trăiască într-o lume similară.

În filmul Ultimatum alla Terra, distrugerea planetei noastre are loc potențial datorită nanomașinelor care posedă o inteligență „colonială” (termite, furnici etc.) capabile nu numai să rupă orice material la nivel molecular, ci și să se înmulțească cu un proces de auto-asamblare.

În filmul Avengers: Infinity War , noua armură „Bleeding Edge” a lui Tony Stark, alias Iron Man, urmărește mecanica ceații utilitare în funcționarea sa.

Notă

Bibliografie

• Drexler, KE, Motoare de creație: Era viitoare a nanotehnologiei , Anchor Books, 1986. ISBN 978-0-385-19973-5
• Waldner, Jean-Baptiste Nanocomputatoare și Swarm Intelligence , ISTE - John Wiley & Sons, 2008. ISBN 1-84704-002-0
• Hari Singh Nalwa Encyclopedia of Nanoscience and Nanotechnology (10-Volume Set), American Scientific Publishers, 2004. ISBN 1-58883-001-2
• Mark R. Wiesner și Jean-Yves Bottero, Nanotehnologia mediului: aplicații și impactul nanomaterialelor , Mc Graw Hill, New York, 2007. ISBN 978-0-07-147750-5
• Kurzweil, Ray, Promise and Peril - Polii profund interconectați ai tehnologiei secolului XXI , comunicări ale ACM, 2006
• Mannucci, Alessio Hallucinating Journey , Boopen, 2006. ISBN 978-88-6223-434-4
• Sancen Contreras Fernando și Gramigna Anita, L'éthos la momentul nanotehnologiilor, Milano, Unicopli, 2011. ISBN 978-88-400-1493-7
• Sancen Contreras Fernando și Anita Gramigna, Etică și formare în era nanotehnologiilor, în „Pedagógika.it”, Revista trimestrială de educație, formare și cultură, a. XIV, n. 4, 2010, ISSN 1593-2559 ( WC · ACNP ), pp. 79-86.
• Aldo Domenico Ficara Nanotehnologii și medicină: de la livrarea medicamentelor la MEMS ( http://www.incaweb.org/green/n0026/pdf/alta/Green26-Ficara%20(300dpi).pdf )

Elemente conexe

Alte proiecte

• Wikibooks conține texte sau manuale despre nanotehnologie
• Wikționarul conține dicționarul lema « nanotehnologie »
• Wikimedia Commons conține imagini sau alte fișiere despre nanotehnologie

linkuri externe

• ( EN )Nanotehnologie , în Encyclopedia Britannica , Encyclopædia Britannica, Inc.
• ( EN ) Nanotehnologie , în Enciclopedia științei-ficțiune .
• ( RO ) Lucrări referitoare la Nanotehnologie / Nanotehnologie (altă versiune) , pe Open Library , Internet Archive .
• Minatec, centru de cercetare pentru nanotehnologie (engleză)
• Feynman, R., Există o mulțime de spațiu în partea de jos , 1959

Portalul chimiei

Portalul de fizică

Portal de inginerie