Наука Наноструктуры окружают нас повсюду, но что именно они из себя представляют, и как они работают? Греческое слово "нано" переводится как "маленький человек". В метрических измерениях это означает одну миллиардную долю метра. Размеры наноструктур варьируются в диапазоне 1-100 нанометров, это больше, чем молекула, но меньше, чем микроскопические объекты. Проще говоря, наноструктуры в сто тысяч раз тоньше человеческого волоса.
Стоит отметить, что наноструктуры встречаются как в природе, так и воспроизводятся учеными инженерами в лабораторных условиях. Исследование наноструктур привлекает специалистов различных областей, в том числе физиков, биологов и технологов.
10. Нанотехнологии
Рождение нанотехнологий приписывают Ричарду Фейнману (Richard Feynman) и его работе "На дне есть комната". Нанотехнологии, также известные как молекулярные роботы, занимают центральное место в мире наноструктур. Обычно они характеризуются как "манипуляция или самоорганизация отдельных атомов, молекул или молекулярных кластеров в структуры для создания материалов и устройств с новыми и значительно отличающимися друг от друга свойствами".
В значительной степени гипотетическая область нанороботов предоставляет удивительные возможности для лечения некоторых заболеваний. Помимо прочего, нанотехнологии разрабатываются еще и для того, чтобы улучшить эффективность космических путешествий и обеспечить человечество более чистыми источниками энергии. Возможности этой структуры ограничены только нашим воображением. Однако, тема нанотехнологий вызывает достаточное количество споров. Эта область еще до конца неизведанна, поэтому неизвестно, какое негативное воздействие нанотехнологии могут оказать на здоровье человека и на окружающую среду.
9. Цветные ископаемые
Ископаемые могут рассказать нам много интересного. Команда палеонтологов из Йельского университета обнаружила сохранившиеся вырабатывающие цвет наноструктуры в окаменелых перьях. Эти перья, возраст которых более 40 миллионов лет, были найдены вместе с другими окаменелыми ископаемыми в районе города Оденвок (Odenwalk) в Германии. Когда их изучили под электронным микроскопом, перья отображали яркие, радужные спектры цветов. Синий, зеленый и медный цвета спродуцировали меланосомы, наноструктурные частицы, сохранившиеся на поверхности перьев.
Это открытие было первым в своем роде. Ученые надеются использовать это знание для восстановления цвета пернатых динозавров или даже цвета шкур давно вымерших млекопитающих.
8. Очень умные виды
Однажды мы сможем изменить форму тех или иных объектов в соответствии с нашими потребностями и вкусами. Проект "Живая кухня" Майкла Харбуна (Michaël Harboun) работает в направлении создания "живого пространства". Клэйтроникс, концепция проекта, подразумевает наличие функционирующих нанороботов. В теории эти нанороботы могут объединиться друг с другом для формирования 3D-объектов, имеющих цифровые возможности. Другими словами, это дело программирования. Вы смогли бы проследить движение любого необходимого вам объекта, при этом он мгновенно появлялся бы на стене. Однако, у клэйтроникс есть и свои "недостатки": массовое появление такой технологии значительно сократит количество выпускаемой техники. Зачем покупать что-то, если вы можете это "нарисовать"?
7. Научная фантастика и нанотехнологии
Нанотехнологии были основой для сотен сюжетных линий на протяжении многих лет. Хотя рассказы о том, что крошечные роботы, которые могут путешествовать по телу человека стали реальностью, некоторые другие истории по-прежнему относятся строго к области фантастики. Стоит оглянуться для того, чтобы увидеть, что нас ждет впереди.
Высокотехнологичная псевдо-раса киборгов в "Звездном пути" - это нанотехнологическое зло в своем лучшем проявлении. Борги вторгались на планету и космические корабли, имитируя людей при помощи нанозондов. Лишая своих жертв "бесполезных эмоций" и других индивидуальных характеристик, они таким образом пытались завладеть технически галактическим пространством.
Ким Экслер (Kim Exler) в своей популярной книге "Двигатели уничтожения" предрекает, что в будущем миром будут править нанороботы. Они превратят все органические вещества в серую слизь, что позволит им получить мировое господство.
Хотя вышеперечисленные сценарии развития событий маловероятны, все же они достаточно интересны. Однако, реальные нанотехнологии поднимают реальные вопросы о безопасности.
6. Наноеда
Что такое наноеда? Это еда, при изготовлении которой на любой из стадий используются нанотехнологии. На современном рынке существует около 600 видов наноеды, включая разновидности рапсового масла, которые могут блокировать попадание холестерина в кровоток. Завтрашние идеи о наноеде являются достаточно многообещающими. Они включают в себя:
- шоколадные коктейли, которые гораздо вкуснее и питательнее, чем их "коллеги"
- хлеб, содержащий нанокапсулы, которые рассеивают омега-3 жирные кислоты
- интерактивная еда, которая позволяет выбирать вкус и цвет
- умная упаковка, которая продлевает срок хранения и минимизирует вероятность загрязнения продукта.
Появление наноеды не осталось незамеченным. Споры вращаются вокруг наличия возможности относительно безболезненной интеграции нанотехнологий в наши продукты питания. Сторонники этого процесса рассматривают наноеду как решение проблемы мирового голода и продовольственной безопасности. Критики же говорят о том, что безопасное воздействие на окружающую среду будет игнорироваться крупными корпорациями, которые будут стремиться удовлетворить потребительский спрос.
5. Наноструктуры как искусство
Наноструктуры предлагают возможность инженерам творить технические чудеса, а также создавать потрясающие произведения искусства. Музеи всего мира обладают экземплярами, относящимися именно к этому жанру. С помощью сканирующего электронного микроскопа и фотографий, художник Кристиан Орфеску (Christian Orfescu) создает абстрактные пейзажи. Он называет свою работу "наноискусством" и занимается организацией ежегодных конкурсов для других художников, работающих с наноструктурами.
"Наноискусство" также используется для преодоления границ между наукой и искусством. В Кембриджском университете наноструктурные фотографии демонстрируют "комплекс кристаллических и аморфных материалов", что, в свою очередь, может привести к созданию нового вида материала. Этот новый объект в будущем можно будет использовать при создании приложений к электронным и фотоническим устройствам.
4. Нанороботы
Нанороботы – это одна из самых горячо обсуждаемых тем в наномедицине. В не столь отдаленном будущем эти крошечные объекты смогут лечить от смертельных заболеваний с минимальными побочными эффектами. Текущие исследования говорят о нанороботах, которые можно использовать для обнаружения и уничтожения опухолей, доставления лекарственных препаратов к конкретным местам или же для избавления организма от сгустков крови. Как они будут двигаться, зависит от дизайна. Идеи включают в себя наличие внутреннего источника питания или же использование энергии тела пациента для нормального функционирования. Рассматривается даже такой вариант, что сперма сможет "распределять" этих крошечных ботов по всему организму.
Однако, наноботы – это далеко не единственные планы ученых. Ученые Массачусетского технологического института недавно создали частицы под названием нанобуры, которые способны удерживаться на стенках артерий и доставлять необходимое лекарственное средство в необходимое место.
3. Космические путешествия
Космические лифты с проводами, сделанными из карбоновых нанотрубок – это лишь один из вариантов эффективного и рентабельного космического путешествия. В теории эти кабели должны использоваться для того, чтобы доставить лифт на землю, исключая стоимость и использование энергии при транспортировке грузов.
Вопрос первостепенной важности в этом деле – это здоровье космонавтов. Исследователи предложили вариант самопочинки скафандра при помощи двух слоев нанороботов. Первый слой будет в состоянии исправить такие проблемы, как проколы в скафандре. Второй слой будет ответственен за управление при чрезвычайных ситуациях. Скафандры будут не единственной вещью, способной починить себя. Легкий корабль из нанотрубок позволит сделать путешествия более эффективными. Вместо ракетного топлива тонкие слои нанотрубок будут отражать свет, давая тем самым космическому кораблю энергию для движения. Существует реальная возможность самопочинки таких кораблей.
2. Энергия из нанохлопьев
Слово "нанохлопья" больше похоже на то, что мы едим, но никак не на то, что в будущем они могут стать следующим поколением чистого производства энергии. Нанохлопья – это полупроводниковые наноструктуры, которые могут поглощать солнечную энергию более эффективно, чем существующие в настоящее время солнечные батареи. Ученые, работающие над этим проектом, который находится на стадии прототипа, считают, что нанохлопья смогут конвертировать до 30 процентов солнечной энергии в электричество. Это приблизительно в два раза больше электроэнергии, вырабатываемой сегодня солнечными батареями.
Ученые еще до конца не определились, могут ли солнечные батареи на основе нанохлопьев быть запущены для массового производства, но одно известно точно – когда речь заходит о производстве экологически чистой энергии, без нанотехнологий не обойтись.
1. Созданные природой наносущества
Морские водоросли, известные как диатомовые водоросли, содержат отражающие свет наноструктуры, которые преобразуют солнечный свет в энергию, необходимую для воспроизводства. Ученые полагают, что распространение этих структур может способствовать развитию биосинтетических устройств, таких как, к примеру, светоактивированная система доставления лекарственных препаратов к конкретному органу.
Лотос обладает уникальной способностью отталкивать воду от своих гладких листьев благодаря гидрофобным кристаллам воска, размером примерно в 1 нанометр. Вода сползает, причем вместе с грязью, тем самым делая лотос "самоочищающимся" растением. Ученые используют это для создания более устойчивых очищающих спреев. Другая цель? Самоочищающаяся обувь.
Красивейшие насыщенно синий цвет крыльев бразильской бабочки вида Morpho Rhetenor является ничем иным, как результатом работы наноструктур, которые поглощают свет и отражают волны, создавая тем самым оптические помехи и невероятный синий цвет, видимый нами. В лабораторных условиях это можно использовать для процесса анализа света или же для создания более совершенных оптических эффектов в таких продуктах, как краски и лаки.
