10 нетрадиційних застосувань нанотехнологій

Важко уявити собі майбутнє без нанотехнологій. Управління матерією на рівні атомів і молекул відкрило шлях до більшості найнеймовірніших відкриттів у хімії, біології та медицині. Але можливості нанотехнологій набагато ширші та до кінця ще не вивчені.

Якби не винахід растрового тунельного мікроскопу (STM) в 1980 році, то сфера нанотехнологій залишилася би простою фантазією вчених. Завдяки йому з’явилась можливість вивчати структури матерії способом, що був би неможливим при використанні звичайних оптичних мікроскопів, які не можуть забезпечити атомарну точність.

10. Створення фільмів

Дивовижні можливості растрового мікроскопа були продемонстровані дослідниками компанії IBM, коли вони створили “A Boy and His Atom” (“Хлопчик та його атом”) – найменший у світі мультиплікаційний фільм. Його зняли, рухаючи окремі атоми матерії по мідній поверхні. Впродовж 90 секунд хлопчик з молекул окису вуглецю міг грати з м’ячем, танцювати і підстрибувати на батуті. Весь сюжет фільму, що складається з 202 кадрів, відбувався на площі розміром в 1/1000 товщини людської волосини. Вчені рухали атоми за допомогою електрично-зарядженого і дуже гострого стилоса, на кінчику якого перебував один атом-наконечник. Такий стилос не тільки здатен відокремити молекулу, але й пересунути її в потрібне місце і положення.

9. Видобуток нафти

За останнє десятиліття витрати на видобуток нафти у всьому світі зросли, але ефективність при цьому залишилась на тому ж рівні. Справа в тому, що коли видобуток консервується нафтовою компанією в певному місці, в надрах землі залишається трохи менше половини видобутої раніше нафти. Але до цих покладів важко і дорого дістатися. Вчені з Китаю вигадали спосіб, як вирішити цю проблему шляхом поліпшення вже існуючого методу буріння. Оригінальність методики полягає в тому, що в пори нафтоносної породи закачується вода, яка під тиском виштовхує нафту назовні. Але в тут є свої труднощі, тому що після витіснення нафти назовні почне виходити і вода. Так ось, щоб не допустити такого ефекту, китайські вчені Пен і Мін Юань Лі запропонували ідею змішання води з наночастинками, які зможуть закрити пори в гірській породі, даючи можливість воді обирати більш вузькі проходи, щоби виштовхувати нафту.

8. Екрани з висоскою роздільною здатністю

Зображення на екрані комп’ютера передається пікселями – крихітними крапками. Від кількості цих крапок, а не від їх розміру чи форми, залежить якість зображення. Якщо збільшити кількість пікселів на традиційних моніторах, то автоматично необхідно збільшувати й розмір самого екрану. Провідні виробники якраз і займаються тим, що продають екрани великих розмірів споживачеві.

Розуміючи перспективи використання нанопікселів, дослідники з Оксфордського університету вигадали спосіб, як створити пікселі діаметром всього кілька сотень нанометрів. Під час експерименту, коли вчені затиснули між прозорими електродами кілька шарів матеріалу GST (300 на 300 нанометрів кожен) в якості пікселя, то отримали зображення високої якості та контрастності. Нанопікселі, завдяки своїм крихітним розмірам, будуть більш практичними, ніж традиційні, і можуть стати основою розвитку оптичних технологій, наприклад, розумних окулярів, штучної сітківки чи складних екранів. Крім цього, нанотехнології НЕ енерговитратні, оскільки здатні оновлювати тільки частину екрану для передачі зображення, на що потрібно менше енергії.

7. Фарба, що змінює колір

Експериментуючи з наночастинками золота, вчені Каліфорнійського університету помітили, що при розтягуванні чи стисканні дивним чином змінюється колір золотої нитки від яскраво-синього до фіолетового і червоного. У них з’явилась ідея створити спеціальні датчики з наночасток золота для індикації певних процесів, які тим чи іншим чином будуть впливати на частинки. Наприклад, якщо встановити подібний датчик на меблях, то можна буде визначити, сидить людина чи лежить.

Щоб створити такі датчики, вчені додали наночастки золота до пластичної плівки. У той момент, коли на плівку здійснювався вплив, вона розтягувалася, і наночастинки золота змінювали колір. При легкому натисканні датчик ставав фіолетовим, а при сильному – червоним. Частинки срібла, наприклад, теж здатні змінювати колір, але на жовтий. Такі датчики, незважаючи на використання дорогоцінних металів, не будуть дорогими, тому що їх розмір мізерно малий.

6. Зарядка телефону

Якої б моделі чи марки не був телефон чи смартфон, iPhone чи Samsung, у кожного з них є істотний недолік – ресурс акумулятора і час його зарядки. Ізраїльським вченим вдалося створити акумулятор, зарядка якого триває 30 секунд завдяки відкриттю в галузі медицини. Справа в тому, що при вивченні хвороби Альцгеймера в Університеті Тель-Авіва вчені виявили здатність молекул пептидів, які викликають хворобу, акумулювати електричний заряд. Компанія StoreDot зацікавилася цим відкриттям, оскільки давно працює у сфері практичних застосувань нанотехнологій, і її дослідники розробили технологію NanoDots для ефективної та більш тривалої роботи батарейки смартфонів. Під час демонстрації на виставці досягнень ThinkNext, організованої компанією Microsoft, акумулятор телефону Samsung Galaxy S3 був заряджений менше ніж за хвилину від 0 до 100%.

5. Розумна доставка ліків

Деякі медичні компанії, розуміючи загрозу розповсюдження таких захворювань, як рак, лікування яких часто стає неефективним і несвоєчасним, зайнялися дослідженнями дешевих і ефективних способів боротьби з ними. Одна з таких компаній, Immusoft, зацікавилася розробкою способів доставки ліків в організм. Їх революційний підхід заснований на тому принципі, що людський організм за допомогою імунної системи сам здатен виробляти потрібні ліки, що допоможе зекономити мільярди доларів на виробництво ліків фармацевтичними компаніями і терапію. Імунна система людини буде “перепрограмована” на рівні генетичної інформації за допомогою спеціальної капсули нанорозміру, в результаті клітини почнуть виробляти власне ліки. Метод поки представлений тільки у вигляді теоретичних розробок, хоча експерименти над щурами були успішними. У разі ефективності, метод прискорить одужання і зменшить витрати на лікування серйозних захворювань.

4. Комунікація на рівні молекул

Електромагнітні хвилі, основа сучасних комунікаційних технологій, не є надійним засобом, оскільки будь-який електромагнітний імпульс може не тільки порушити роботу супутника зв’язку, але і вивести його з ладу. Несподіване вирішення даної проблеми було запропоноване вченими з Університету Уорік, Англія, і Йоркського Університету, Канада. Воно було підказане самою природою, а саме тим, як тварини спілкуються на відстані за допомогою запаху, яким вони кодують послання. Вчені теж спробували закодувати молекули спирту,що випаровується, застосувавши революційну комунікаційну технологію, і надіслали повідомлення: “О, Канада”.

Для кодування, передачі та прийому подібного повідомлення необхідна наявність передавача і приймача. На передавачі набирається текстове повідомлення за допомогою Arduino One (мікроконтролера для кодування), який змінює текст за допомогою бінарного коду. Це послання розпізнається електронним розпилювачем зі спиртом, який “1” змінює на одне впорскування, а “0” – на пропуск. Потім приймач з хімічним сенсором вловлює спирт в повітрі та декодує його в текст. Повідомлення подолало шлях у кілька метрів на відкритому просторі. Якщо технологію вдосконалити, то людина зможе передавати повідомлення у важкодоступні місця, наприклад, у тунелі або трубопроводи, куди електромагнітні хвилі не проникають.

3. Носії інформації

Комп’ютерні технології за останнє десятиліття зробили величезний стрибок у розвитку потужності та ємності зберігання інформації. Свого часу, 50 років тому, такий стрибок пророкував Джеймс Мур. Його ім’ям навіть був названий відповідний закон. Але сучасні фізики, а саме Мічіо Каку, заявляють, що закон припинить свою дію, оскільки потужність і ємність обчислювальної техніки не відповідає існуючим виробничим технологіям.

Вчені зараз змушені шукати альтернативні рішення для даної проблеми. Наприклад, дослідники з Університету RMIT в Мельбурні вже на шляху створення таких пристроїв, які будуть імітувати роботу людського мозку, а саме відділу зберігання інформації. У ролі “мозку” виступає наноплівка, хімічно запрограмована на зберігання електричних зарядів за принципом “увімкнений”, “вимкнений”. Плівка, в 10000 разів тонша за людську волосину, стане ключовим чинником у розвитку революційних пристроїв зберігання інформації.

2. Нанотехнології в мистецтві

Перспективи, пов’язані з застосуванням нанотехнологій в науці, вже давно захоплюють суспільство, але можливості настільки великі, що не можуть обмежуватися такими сферами, як медицина, біологія і техніка. Застосування нанотехнологій в мистецтві призведе до появи наномистецтва – створення крихітного світу під мікроскопом, який люди будуть сприймати зовсім по-іншому.

Наномистецтво передбачає зв’язок між наукою і мистецтвом. Яскравим прикладом є портрет президента США під назвою “Нанобама”, створений у 2008 році інженером-механіком з Мічиганського університету. Портрет виконаний з 150 нанотрубок, а розмір лиця складає менше 0,5 міліметра

1. Нові рекорди

Людина старанно працювала над створенням чогось більшого за розміром, найшвидшого, найсильнішого та найпотужнішого. Коли ж потрібно створити щось зовсім маленьке, без нанотехнологій тут не обійтися. Наприклад, завдяки їм була надрукована найменша у світі книга: “Teeny Ted From Turnip” (“Крихітка Тед з ріпки”). Її розміри становлять 70х100 мікрометрів. Сама книга складається з 30 сторінок, на яких розміщені літери з кристалічного кремнію. Вартість маленького шедевру літератури оцінюють в 15 000 доларів, а щоб його прочитати знадобиться не менш дорогий мікроскоп.