Как нанотехнологии изменят жизнь людей

Нанотехнологии меняют мир

Уже через несколько десятков лет мир может измениться до неузнаваемости, благодаря развитию нанотехнологий. Мировая экономика будет работать по совершенно иным принципам, центральное место в ней займет человек-творец. Катастрофические сюжеты, описанные писателями-фантастами, тоже могут стать реальностью. Исследование Михаила Павлова из МГУ

Разработки в области нанотехнологий уже сегодня активно применяются, например, в медицине и промышленности. Лидерами в области инвестиций в наноразработки являются США, Евросоюз, Япония и Китай. Доля России на мировом рынке нанотехнологий минимальна.

Развитие нанотехнологий – то, что с высокой долей вероятности определит будущее мировой экономики. Эксперты, изучающие развитие нанотехнологий, прогнозируют максимальную информационную открытость и отсутствие границ между отраслями и компаниями в сфере инноваций. У изобретателей не будет проблем с продвижением на рынке своих разработок, поскольку спрос на них резко вырастет, а развитие информационных технологий позволит устранить преграды, которые сегодня существуют между инноваторами и рынком. Экономика нанотехнологий поставит ученых, изобретателей, творческих людей на высшие ступени социальной иерархии.

Но нанотехнологии несут и множество рисков для человечества, в том числе, экзистенциального характера. Это уже не фантастика, а вполне реальные перспективы, которых опасаются правительства ряда стран, призывая к ограничению развития нанотехнологий. Об этом рассказал доцент экономического факультета МГУ Михаил Павлов на конференции «Междисциплинарные исследования экономики и общества».

Вечная жизнь может стать реальностью

Основу нанотехнологий составляет манипулирование атомами. Один нанометр – одна миллиардная часть метра. Нанотехнологии позволяют создавать и модицифицировать объекты с компонентами менее 100 нм в размере и осуществлять их интеграцию в полноценно функционирующие системы.

Одна из сфер, где нанотехнологии способны произвести настоящую революцию – медицина и биотехнологии. Революция станет возможной благодаря созданию молекулярных и атомарных нанороботов, состоящих, как сейчас предполагают ученые, из углерода и его производных. Нанороботы будут способны проникать в организм человека и производить там необходимые действия, которые сегодня медицине не доступны. С помощью нанотехнологий, как рассказал Павлов, появится возможность очищать организм на уровне отдельных клеток, восстанавливать микроповреждения внутри организма, а в более отдаленной перспективе исправлять и достаточно большие повреждения.

Уже сегодня в мире создан ряд технологий для наномедицинской отрасли. «К ним относятся адресная доставка лекарств к больным клеткам, диагностика заболеваний с помощью квантовых точек, лаборатории на чипе, новые бактерицидные средства», – указывает Павлов в своей работе «Экономика нанотехнологий» – учебном пособии для студентов магистратуры, подготовленном в ходе исследований.

В результате, продолжительность жизни человека может серьезно вырасти, появится возможность омоложения организма. Человечество, как замечает ученый, может получить лекарства от всех существующих болезней и не только вирусного и бактериального происхождения, но и генетического.

По разным оценкам, подобные достижения наномедицины могут стать реальностью через 40-50 лет. «Но целый ряд последних открытий, разработок и инвестиций в наноотрасли привел к тому, что все больше аналитиков сдвигают эту дату на 10-15 лет в сторону уменьшения, и, быть может, это еще не предел», – поясняет автор.

При этом увеличение продолжительности жизни и победа над старостью – не верх революции в области наномедицины. Гипотетически развитие нанотехнологий, прогнозируют ученые, может предоставить человечеству возможность неограниченного периода жизни отдельно взятого человека, а также оживление людей, замороженных методами крионики и восстановление ранее вымерших видов.

Мерседес-хамелеон и молоко из травы

Нанотехнологии способны полностью изменить жизнь человека и привычные окружающие его вещи. Если сегодня человечество уже привыкло к стремительному прогрессу в области интернет-технологий, но основная суть, например, транспортных средств меняется достаточно медленно, то завтра ситуация может быть совершенно иной. Картинки из фантастических фильмов обещают стать реальностью. Так корпус «Мерседеса» будущего «SilverFlow» – магнитное соединение, которое способно по одному клику восстанавливать и менять свою форму. Выбор цвета неограничен. Машина работает на механической энергии, способна разворачиваться на месте и парковаться боком. В исходном состоянии автомобиль – эллипсоид из ферромагнетика в форме «лужицы» жидкого металла, который требует минимального места для хранения.

Совершенно другой в будущем может оказаться и одежда, которую сегодня носят люди. Уже сегодня в США созданы модели одежды, содержащей в волокнах ткани заряженные наночастицы. Они защищают человека от простуды, гриппа, смога, загрязнений. Такая одежда не требует стирки. Правда, пока она не может быть использована в массовой промышленности. Один квадратный метр новой ткани стоит около 10 тысяч долларов.

Гипотетически нанотехнологии могут решить такие глобальные проблемы человечества, как загрязнение окружающей среды, нехватку пищевых ресурсов и истощение запасов питьевой воды. Молекулярные и атомарные роботы будут способны производить пищу, заменив сельскохозяйственные растения и животных. «К примеру, теоретически возможно будет производить молоко прямо из травы, минуя промежуточное звено – корову», – пишет Павлов.

Что касается улучшения экологического состояния планеты, то оно возможно за счет разработки альтернативных источников энергии, снижения объема мусора и его активного использования в производстве. Ресурсы питьевой воды будут восполнены за счет новаторских систем очистки воды.

Запрос на творческий труд и тотальная открытость

В случае если произойдет новая технологическая революция, каждый житель планеты потенциально сможет получить доступ к минимальному прожиточному уровню, который будет обеспечен за счет репродуктивного труда наномашин.

При этом социальная иерархия переживет значительную трансформацию. Самой главной профессией, замечает Павлов, станет создатель новых образцов – человек-творец. «Любой желающий улучшить свое материальное положение и получить что-то сверх прожиточного минимума и своего текущего уровня достатка должен будет, используя свои творческие способности, создать новый образец, модель, дизайн», – считает ученый. В новой экономике всеобщего изобилия, основанной на нанотехнологиях, ценность, как он замечает, будут иметь две вещи – творческие идеи и энергия.

При этом человечеству придется пережить психологически непростой момент, связанный с интеллектуальной собственностью. «В частности, станет невозможным сохранить в тайне что-либо. С помощью созданной с применением нанотехнологий «умной пыли» появится возможность отследить любые процессы, к которым вообще могут получить доступ люди. Адекватной формой в таком мире будет всеобщая интеллектуальная собственность» – рассказывает автор.

Лифт в космос

Гипотетически нанотехнологии могут вывести человеческий разум на совершенно новый уровень развития. Потенциал нанотехнологий, как замечает Павлов, способствовал появлению нового философского направления – трансгуманизма, согласно которому современный человеческий вид Homosapiens – Человек разумный – является не вершиной, а одним из звеньев эволюции, за которым последуют более сильные и могущественные. Новые люди смогут освоить космическое пространство, заселить другие планеты и получить бессмертие.

Но нанотехнологический прогресс несет в себе и огромные угрозы. Может, например, появиться новая форма социального неравенства – двухклассовое нанотехнологическое общество – имеющие доступ к новым технологиям и не имеющие доступа. «Можно создать новое оружие против человека – можно отравить, заразить любым вирусом. Найти следы применения такого оружия практически нереально. Огромные возможности появляются для шпионажа, кражи информации и вмешательства в личную жизнь. Возникает «мир без границ» для имеющих доступ к преимуществам нанотехнологий и тотальный контроль над другими», – рассказывает Павлов. Он акцентирует, что расслоение может произойти по критериям здоровья и продолжительности жизни. «Возможно формирование новых, чрезвычайно могущественных элит, потенциально способных удерживать власть тысячелетиями», – отметил он.

Но самые серьезные риски развития нанотехнологий связаны с нанороботами, которые пока находятся в стадии разработки. Особенно опасны самореплицирующиеся, способные к самостоятельному размножению, нанороботы. Об их опасности – «серой слизи» – написал американский ученый Э.Дрекслер в своей книге «Машины созидания», напоминает Павлов. Именно Э.Дрекслер ввел понятие о молекулярных роботах. Это было в середине 80-х годов прошлого века.

Сегодня наука продвинулась далеко вперед. Эксперты в области нанотехнологий предупреждают, что человечеству стоит всерьез задуматься над тем, стоит ли выпускать джина из бутылки. «Даже если заложить в каждого наноробота три закона робототехники А.Азимова, то все равно остается вероятность, что нанороботы начнут создавать новые копии самих себя уже без соблюдения этих законов. Или это сделает злой гений-человек», – замечает Павлов.

См. также:

Паспорт компетенций заменит диплом вуза
Москва далека от лидеров по креативности

Как извлечь колоссальную выгоду из возможностей нанотехнологий и избежать их возможных негативных последствий? Этим вопросом задавалась Кристин Петерсон, когда создавала Foresight Institute, некоммерческий мозговой центр, посвященный нанотехнологиям, тридцать лет назад. И сейчас, говорит она, этот вопрос продолжает ее вести. За последние десять лет нанотехнологии существенно продвинулись вперед и нашли некоторое практическое применение. Некоторые разрабатывают наноразмерные образчики для медицинских имплантатов, которые могли бы стимулировать рост костных клеток и положительную экспрессию генов. Другие работают над созданием управляемых наночастиц, которые могли бы обнаруживать и даже уничтожать раковые клетки.

Идея наномашин, которые путешествуют по вашему телу и ремонтируют его на клеточном уровне, приблизилась к реальности, благодаря разработке нанодвигателей и наноракет. Но прежде чем мы до них дойдем, Петерсон полагает, что нанотехнологии понесут и другие интересные последствия. Например, самоочищающиеся поверхности и нанотехнические катализаторы, которые будут улавливать парниковые газы и превращать углекислый газ в вещества, необходимые для заводов.

В конце прошлого месяце Петерсон выступила на семинаре Global Summit в Сан-Франциско. В этом интервью вы узнаете, как, по ее мнению, нанотехнологии помогут нам решить вопрос с водой, лечением рака и приведут нас в светлое будущее.

Нанотехнологии сегодня: смутная точка на экспоненциальной кривой?

Я делю нанотехнологии на три этапа: материалы, устройства, системы. Каждый из них следует по своей собственной кривой. На данный момент мы наблюдаем по большей части продукты из наночастиц, но у них нет точности на молекулярном масштабе — они не являются атомически точными. По мере улучшения этого параметра мы будем видеть появление материалов, обладающих такой точностью, особенно в фильтрации и катализе.

Все самые свежие новости из мира высоких технологий вы также можете найти в Google News.

Как только такие продукты попадут на рынок, мы увидим, как они взмывают подобно ракете. Спрос на чистую воду огромен. Спрос на управление парниковыми газами огромен. Кто бы ни пришел к этим целям первым, итог будет положителен.

Объясните нанотехнологии незнакомцу на улице в двух словах.

Природа манипулирует отдельными молекулами, создавая сложнейшие вещи в мире — растения, животных и наши собственные тела. Задача нанотехнологий — использовать системы из молекулярных машин для создания чего мы захотим с таким же уровнем точности, и сделать это чисто — как природа.

В 2013 году вы прогнозировали, что достижения нанотехнологий в ближайшие десять лет в медицине в значительной мере повлияют на обнаружение рака, его визуализацию и лечение. Какие достижения в нанотехнологиях за последние пару лет были наиболее важными для медицины?

На использование нанотехнологий для борьбы с раком ушли большие усилия — сотни миллионов долларов — и эти усилия дают плоды.

Много разных групп, вроде Стэнфордского центра по совершенствованию онконанотехнологий, экспериментируют с наночастицами, пытаясь получить от них полезное поведение, вроде передачи цветосигнала при обнаружении раковой клетки или прикрепления к раковой клетке до тех пор, пока она не будет изучена. Их же можно запрограммировать на выпуск специальной сигнальной молекулы при обнаружении раковой клетки.

В лаборатории можно создать много больше необычных реакций. Например, наночастица может поглощать свет и создавать маломощную акустическую вибрацию при обнаружении опухоли или же выпускать тепло для уничтожения клетки.

Какие клинические испытания обнадеживают вас больше прочих?

Одно из моих любимых проводит компания MagArray. Она крепит наномагниты к раковым клеткам и затем выявляет их с помощью образца на чипе. На это уходит меньше часа и требуется минимальная техническая подготовка. Помимо рака, этот метод можно применить для наблюдения за цитокинами, что полезно при работе с Альцгеймером и аутоиммунными заболеваниями.

Наука не стоит на месте. Ученые нашли область мозга, в которой зарождается болезнь Альцгеймера

Конечно, если мы сможем побороть рак — а мы обязательно сможем — Альцгеймер станет еще большей проблемой, чем является сейчас. Просто побороть рак будет недостаточно. Нам нужно продолжать работу и заниматься всеми хроническими заболеваниями.

Существуют ли новые «умные материалы», которые проходят испытания в нанотехнических устройствах и которые могли бы в ближайшем времени заменить современные технологии? Если да, то какие?

Вот, например: мне нравится идея самоочищающихся материалов. Кембриджский университет работает над созданием поверхностей, в которые встроены фотокаталитические наночастицы диоксида титана. Они используют ультрафиолетовый свет для преобразования грязи на поверхности в диоксид углерода и воду. Капля масла размером с отпечаток пальца на такой поверхности удаляется за полтора часа.

Однажды у нас будут металлические импланты, которые не подходят для многих целей. Монреальский университет совместно с партнерами нашел способ создания наноразмерных узоров на поверхности таких имплантов, и они могут увеличивать рост костных клеток, снижать рост нежелательных клеток, стимулировать развитие стволовых клеток и изменять экспрессию генов положительным образом. Удивительно. Многие из таких применений буквально сошли со страниц научной фантастики.

В Австралии, в RMIT и Университете Аделаиды, работают над материалами, которые используют наноразмерные кристаллы — диэлектрические резонаторы — для передачи или блокирования света определенной длины волны. Это может привести к созданию контактных линз, которые меняют то, что мы видим, или даже созданию головного дисплея, который показывает дополнительную информацию в нашем поле зрения. Наконец-то я смогу запомнить имена людей, которых встречала ранее.

Когда вы стали соучредителем Foresight Institute, чем вы вдохновлялись? Какой вопрос волновал вас на тот момент?

Тогда меня беспокоил вопрос: как извлечь колоссальную выгоду из возможностей нанотехнологий и избежать возможных негативных последствий, настолько же колоссальных?

Мы хотели бы ускорить развитие продвинутых медицинских и других положительных приложений и не дать развиваться с такой же скоростью военным. Понимание силы нанотехнологий в улучшении качества жизни и особенно медицине прошло долгий путь, но из-за различных ограничений медицинское использование постоянно откладывается. В военной сфере все ровно наоборот: военные получают ранний доступ к новым технологиям и военные приложения финансируются в десять раз лучше.

Подписывайтесь на наш канал в Яндекс Дзен. Там можно найти много всего интересного, чего нет даже на нашем сайте.

Совместите эти тенденции, и станет понятно, почему трудно ускорить развитие медицинских приложений этой технологии и одновременно замедлить развитие военных. Это сложная задача.

Шел 2025 год, как нанотехнологии улучшили состояние окружающей среды?

К этому моменту, а может и раньше, может осуществиться два серьезных прорыва. Во-первых, мы можем решить проблему с водой, используя фильтрацию молекулярной точности. Эта технология уже разрабатывается частной компанией AquaVia при поддержке National Science Foundation.

Во-вторых, мы можем очистить воздух от загрязнений, в том числе и от парниковых газов, с помощью нанотехнических катализаторов, которые удаляют углекислый газ из воздуха и перестраивают его в химические вещества, которые можно использовать в промышленности. Над этим работает Кристиан Шафмейстер из Университета Темпл.

Практически любая экологическая проблема, которую можно представить, может быть теоретически разрешена с использованием развитых нанотехнологий. Именно эта мечта о восстановлении окружающей среды подтолкнула меня в эту область десятки лет назад, и приятно видеть, что она наконец начинает сбываться.

Что может помешать нам в ближайшие 10 лет?

Обе этих перспективы определенно грядут. Единственный вопрос: когда. Нам нужно вкладывать больше ресурсов в R&D. Таланты есть, идеи есть, вопрос в финансировании.

Какой «умный объект» будущего вам нравится больше всего?

Обычно я обращаюсь к мысленному эксперименту. Представьте стул, состоящий из систем молекулярных машин. Эти машины могут перестраиваться в другую форму, например, в стол. Сколько времени им понадобится, чтобы изменить форму с одной на другую? Вы легко можете представить этот эксперимент, поскольку и сами состоите из молекулярных машин.

Заходите в наш специальный Telegram-чат. Там всегда есть с кем обсудить новости из мира высоких технологий.

Представьте, как вы садитесь на корточки, образуя стул, а затем опускаетесь на четвереньки и становитесь «столом». На всю операцию уходит не больше секунды. Это максимальное время, которое потребуется стулу из продвинутых наноматериалов, чтобы стать столом. Можно и быстрее, если поставить такую цель.

Но моя мечта — это «машина по ремонту клеток», которая способна передвигаться по телу и осуществлять ремонт ДНК, белков и других молекул. Построить такую машину будет непросто. Потребуется много съемных инструментов, которые могут загружаться и выгружаться по необходимости. Но она могла бы проанализировать, а потом и решить практически любую физическую проблему наших тел, включая старение.

Многие прочат нанотехнологиям великое будущее. Многие всерьез опасаются их, предполагая, что нанотехнологии могут оказаться джинном, выпущенным из бутылки. Итак, что же это такое — нанотехнологии, и чем они могут помочь человечеству? Что они нам несут — светлое будущее или глобальную угрозу?

Что такое нанотехнологии?

Нанотехнологии смело можно назвать фантастикой, которая стала реальностью. Человечество научилось уже управлять атомами. Современные высокие технологии позволяют складывать из атомов различные устройства и механизмы, которые невозможно увидеть невооруженным глазом.

Наука, вобравшая в себя самые последние достижения в области изучения наномира, включающая в себя самые различные дисциплины, такие как биология, физика, химия и называется нанотехнологией.

Всем известно, что нанос в переводе с греческого означает слово «карлик». Нанометр (нм) — это ничтожно малая величина, составляющая одну миллиардную часть метра. Нанотехнологи работают с объектами, размеры которых находятся в диапазоне от 0,1 до 100 нм.

Нанотехнологии — первые шаги

Впервые, еще в 400 г. д.н.э., задумался о самых малых частицах, из которых состоит вещество, греческий философ Демокрит. Именно он ввел понятие атом, что означает нераскалываемый.

В 1905 году великий Эйнштейн высказал предположение, что размер молекулы сахара составляет 1 нанометр. В 1931 году немецкие физики создали электронный микроскоп, который, наконец-то, позволил увидеть человеку нано-объекты.

В 1974 году японский физик Норио Танигучи предлагает назвать механизмы размером менее одного микрона словом нанотехнологии. В 1981 году германские физики создали микроскоп, с помощью которого удалось рассмотреть отдельные атомы. В 1986 году футуролог Эрк Дрекслер публикует книгу, в которой предсказывает огромное будущее нанотехнологиям. С тех пор нанотехногии получили широкую общественную огласку.

В 1998 году голландский физик Сеез Деккер находит уже практическое применение нано-объектам. Он создает транзистор на основе нанотехнологий.

Как видим, как наука нанотехнологии развиваются очень стремительно. Трудно даже предположить, какие перспективы открываются перед человечеством благодаря нанотехнологиям.

Практическое применение

Нанотехнология в настоящее время еще не нашла широкого практического применения. Но смею вас уверить, это дело времени. В самом ближайшем будущем мы будем пользоваться вещами, изготовленными с помощью нанотехнологий. Уже сейчас можно говорить об изделиях, прошедших путь от лаборатории до завода.

Современные изделия, изготовленные с помощью нанотехнологий, имеют в своем составе углеродные нанотрубки, которые, в свою очередь, являются основой для других нанопродуктов, выпускаемых в настоящее время.

Что представляют собой углеродные нанотрубки? Они были открыты в 1991 году и представляют собой протяженные цилиндрические структуры диаметром от одного до нескольких десятков нанометров и длиной несколько сантиметров. Оказалось, что они обладают удивительными свойствами. Благодаря этим свойствам им было найдено множество применений. К примеру, их можно использовать в электронике, компьютерной индустрии, медицине и даже в промышленности.

Как можно применить нанотехнологии в медицине? Благодаря своим свойствам наноматериалы могут использоваться для замены тканей человека. Оказывается, клетки организма распознают такие материалы как свои. Даже сейчас достигнуты успехи в изготовлении наноматериала, который может имитировать костную ткань.

Микроскопические размеры наноматериалов позволяют использовать их в качестве капсул, с помощью которых осуществляется доставка лекарственных средств в нужные места организма. Их можно использовать в качестве фильтра жидкостей организма от вредных веществ и вирусов. Сейчас большое распространение получают миниатюрные устройства, помещаемые внутрь организма для диагностики и лечебных целей.

Перспективы нанотехнологий

Немного из области фантастики.

В медицине планируется создание молекулярных роботов, которые могли бы лечить организм, находясь внутри него. А что? Очень удобно.

В промышленности: предметы потребления могут создаваться непосредственно из атомов и молекул. Посредством перемены мест атомов и молекул можно будет изготовить любой предмет!

В биологии возможно «внедрение» в различные организмы на уровне атомов. Что это нам даст? Восстановление вымерших видов животных и даже создание новых существ, «биороботов».

И, наконец, в геронтологии. Бессмертие станет возможным за счет внедрения в организм молекулярных роботов, которые будут очищать организм и устранять болезни еще в самом начале их зарождения.

Прогнозы на будущее

Как видим, в недалеком будущем нанотехнология может стать одной из ведущих отраслей современной науки. Перспективы — самые радужные. Некоторые рассматривают ее как панацею от всех бед, другие грозят бедами при неосторожном ее использовании.

Тем не менее нанотехнология — это уже настоящее. Остается только надеяться, что люди разумно распорядятся ее потенциалом и направят ее энергию во благо человечества.

Наноматериалы меняют наш мир, а у нас до сих пор нет процедур для их проверки на безопасность

Индустрия нанотехнологий в последние годы, возможно, обсуждается чаще других. Есть прогнозы, что глобально этот сектор к 2025 году будет иметь объём в $173,95 млрд, и он уже приносит некоторые преимущества для устойчивого развития, здоровья и благосостояния общества.

Наноматериалы, как следует из названия, крайне малы – меньше миллионной доли метра. Они обладают уникальными физическими и химическими свойствами, улучшающими такие их возможности, как способность реагировать, прочность, электрические характеристики и функциональность. Благодаря этим преимуществам наноматериалы встраивают в различные потребительские продукты. Такие индустрии, как автомобильная, компьютерная, электронная, косметическая, спортивная и индустрия здравоохранения выигрывают благодаря нанотехнологическим инновациям. Также появились новые области знания, например, наномедицина, стремящаяся кардинально улучшить наши возможности по лечению заболеваний.

Но, как ни здорово это звучит, с каждой инновацией мы должны заботиться о том, чтобы продумать её влияние на окружающую среду и здоровье человека. А сделать это непросто. Хотя стандартные методы оценки опасности существуют для широкого спектра вещей – к примеру, химических соединений – уникальные свойства наноматериалов не позволяют оценивать их точно тем же способом.

Здоровье окружающей среды и людей

Наноматериалы уже проникают в нашу окружающую среду, хотя и в малых количествах. Их находят в сточных водах из-за таких продуктов, как зубная паста, крем от солнца, или носки с наносеребром (предотвращающим неприятный запах), которые стирают в машинках. Некоторые исследования безопасности окружающей среды, проводившиеся на кратких промежутках времени, показывают, что многие наноматериалы адсорбируются (формируют тонкую плёнку) на поверхностях эпидермиса таких организмов, как водоросли и кладоцеры. Также эти материалы распределяются по пищеварительным системам и другим органам мелких существ.

Жизненно важно правильно понять потенциальные неблагоприятные последствия наноматериалов до тех пор, пока не произойдёт их широкомасштабное распространение. В настоящий момент долговременные эффекты попадания наноматериалов в окружающую среду не изучены. Мы не знаем, как повлияет попадание в среду наноматериалов на пищевую цепочку. К примеру, они могут влиять на объёмы питания, на поведение и выживание различных видов.

Нам также мало что известно по поводу того, как наноматериалы могут влиять на людей в малых дозах на длительных промежутках времени. Самые важные пути соприкосновения — это лёгкие, пищеварительная система и кожа. Наноматериалы встраиваются в пищевые продукты и в упаковку, их могут вдохнуть или проглотить рабочие на производстве. Тесты показали, что, попав в тело, наноматериалы остаются в печени, но мы не знаем, какие риски они могут представлять на долгосрочном периоде.

Существующие сегодня процедуры проверки безопасности веществ для человеческих лёгких, пищеварения и кожи, не использующие животных, чрезмерно упрощены. К примеру, чтобы определить биологическое влияние вдыхания наноматериалов, учёные выращивают клеточную систему одного лёгкого в лаборатории и подвергают его воздействию наноматериалов, взвешенных в жидкости. Однако в человеческом лёгком встречается более 40 различных типов клеток. Подобные испытания не способны точно предсказать потенциальный вред, связанный с воздействием наноматериалов, и не моделируют в точности всю сложность человеческого тела или то, каким образом мы сталкиваемся с наноматериалами.

Следующее поколение

Мир уже сталкивался с проблемами, приносимыми инновациями. Учитывая опыт работы мира с асбестом (хотя он и использовался тысячи лет, то, что он является источником болезней, стало известно только в XX веке), со спорной разработкой генно-модифицированной еды, нашумевший кризис с микропластиком, крайне важно, чтобы разработки в нанотехнологиях не приводили к схожим кризисам со здоровьем.

Наша команда исследователей работает над улучшением испытаний нанотехнологий в рамках проекта PATROLS, финансируемого программой «Горизонт 2020». Мы собираем ведущих экспертов по нанобезопасности, экотоксикологии, созданию тканей и вычислительному моделированию со всего мира, чтобы воспользоваться лучшими мировыми практиками и принять меры по поводу существующих сегодня ограничений в испытаниях.

Мы уже используем передовую науку для разработки новых моделей тканей лёгких, кишечника и печени для оценки безопасности наноматериалов. Мы работаем над новыми методами оценки безопасности для относящихся к окружающей среде испытательных систем и организмов (включая водоросли, кладоцер и данио-рерио), выбранных согласно их расположению в пищевой цепочке. Новое поколение тестов предназначено для уменьшения зависимости от испытаний на животных, и продвигает ответственное развитие индустрии нанотехнологий.

Кроме того, мы работаем над способом предсказывать безопасность наноматериалов для людей и окружающей среды на основе вычислительных моделей. Это позволит оценивать новые наноматериалы с использованием компьютерной базы данных в качестве первичной проверки безопасности, до того, как будут выполняться последующие тесты.

Улучшая качество испытаний нанотехнологий без использования животных, мы можем помочь защитить потребителей, работников и окружающую среду от любых рисков для здоровья и безопасности, которые они потенциально могут представлять. Нанотехнология уже демонстрирует возможности по улучшению наших жизней, и, улучшая понимание её безопасности, мы можем более уверенно наслаждаться преимуществами, предлагаемыми этой новой технологией.

НАНОТЕХНОЛОГИИ В СОВРЕМЕННОМ МИРЕ

• Авторы
• Файлы работы
• Наградные документы

Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке «Файлы работы» в формате PDF

Содержание:

Введение

В последнее время можно часто слышать слово «нанотехнологии». Если спросить любого учёного, что это такое, и для чего нужны нанотехнологии, ответ будет краток: «Нанотехнологии изменяют привычные свойства вещества. Они преображают мир и делают его лучше».

Учёные утверждают, что нанотехнологии найдут применение в очень многих областях деятельности: в промышленности, в энергетике, в исследованиях космоса, в медицине и во многом другом. Например, крохотные нанороботы, способные проникнуть в любую клетку человеческого организма, смогут быстро лечить те или иные болезни и производить такие операции, которые не под силу даже самому опытному хирургу.

Благодаря нанотехнологиям появятся «умные дома». В них человеку практически не надо будет заниматься скучными бытовыми хлопотами. На себя эти обязанности возьмут «умные вещи» и «умная пыль». Люда станут носить одежду, которая не пачкается, более того, сообщает хозяину, что, например, пора обедать или принять душ.

Нанотехнологии позволят изобрести компьютерную технику и мобильные телефоны, которые можно будет складывать, как носовой платок, и носить в кармане.

Словом, учёные-нанотехнологи действительно намерены существенно преобразить жизнь человека.

Таким образом я сформулировал исследовательскую тему

« Нанотехнологии в современном мире». Меня заинтересовала эта тема, потому что в будущем нам жить и работать с нанотехнологиями, а на сегодняшний день нам очень мало, что известно об этом. Я считаю, что сегодня – это самая актуальная проблема, потому что она направлена на наше с вами будущее. И я решил начать изучать и исследовать технологии будущего уже сегодня.

Актуальность работы: изучение физики начинается с 7 класса и если я, изучив свойства неньютоновской жидкости, смогу рассказать о них своим одноклассникам, то это не только повысит интерес к новому предмету, но и возможно, приведёт к желанию самостоятельно изучать другие темы, а так же проводить посильные эксперименты.

Цель: 1. Разобраться в сущности понятия «нанотехнология», раскрыть суть нанонауки.

2. Понять, как человек реализует огромный потенциал нанонауки в повседневной жизни, её перспективы и будущее.

3.Изучить, что представляет неньютоновская жидкость и какими необычными свойствами обладает.

Задачи исследования:

• Выяснить значение термина «нанотехнология».
• Найти примеры применения нанотехнологий в быту.
• Узнать о необычных свойствах жидкостей.
• Доказать, что в домашних условиях можно сделать неньютоновскую жидкость.
• Провести эксперименты, демонстрирующие необычные свойства неньютоновской жидкости.
• Предположить, где можно использовать свойства таких жидкостей.
• Рассказать сверстникам о неньютоновской жидкости и её свойствах.

Гипотеза: Изучая нанотехнологии, мы все больше расширяем область их применений – от медицины до космических исследований.

Объект исследования: неньютоновская жидкость

Предмет исследования: свойства неньютоновской жидкости.

Методы исследования: сбор материала по теме, его анализ и обработка, оформление работы, создание презентации.

Выход проектного продукта: презентация

Что такое нанотехнологии

Что же такое нанотехнологии? И как именно они позволяют менять свойства вещей?

Слово «нанотехнологии» состоит из двух слов — «нано» и «технологии».

«Нано» — греческое слово, означающее одну миллиардную часть чего-нибудь, например, метра. Размер одного атома немного меньше нанометра. А нанометр настолько меньше метра, насколько обыкновенная горошина меньше земного шара. Если бы рост человека был один нанометр, то толщина листа бумаги показалась бы человеку равной расстоянию от Москвы до города Тулы, а это целых 170 километров!

Слово «технологии» означает создание из доступных материалов того, что необходимо человеку.

А нанотехнологии — это создание того, что нужно человеку, из атомов и групп атомов (они называются наночастицами) при помощи специальных приборов.

Учёные договорились считать наночастицами все, что имеет размер от одного до ста нанометров.

Существует два способа получения наночастиц.

Первый, более простой, метод — «сверху вниз». Исходный материал измельчают разнообразными способами до тех пор, пока частица не станет наноразмерной.

Второй — получение наночастиц путём объединения отдельных атомов, «снизу вверх». Это более сложный способ, но именно за ним учёные видят будущее нанотехнодогий. Получение наночастиц этим способом напоминает работу с конструктором. Только в качестве деталей используются атомы и молекулы, из которых учёные создают новые наноматериалы и наноустройства.

Отцом нанотехнологии можно считать греческого философа Демокрита. Примерно в 400 г. до н.э. он впервые использовал слово «атом», что в переводе с греческого означает «нераскалываемый», для описания самой малой частицы вещества.

Примером первого использования нанотехнологий можно назвать – изобретение в 1883 году фотопленки Джорджем Истмэном, который впоследствии основал известную компанию Kodak.

В настоящее время нанотехнология является одним из приоритетных направлений развития Российской науки.

Нанотехнологии в быту

В настоящее время нанотехнологии находят применение в разных сферах жизнедеятельности человека. Перечислить все области, в которых эта глобальная технология применяется, практически невозможно. Можно назвать только некоторые из них.

Как оказалось, нанотехнологии часто встречаются в быту, они повсюду, просто мы об этом не знаем.

Все мы используем мыло, без которого уже не представляем личную гигиену. Никто даже не догадывается, что мыло – продукт нанотехнологии, но один из самых простых. Мыло содержит мицеллы, небольшие наночастицы, которые используются и для производства других популярных косметологических средств. Любителям солнца и шоколадного загара также помогают нанотехнологии. Солнцезащитные крема и лосьоны создаются с добавлением частиц, которые насыщают кожу витаминами и защищают ее от вредного воздействия.

Нанотехнологии немаловажную роль сыграли и в развитии моды. С применением новейших технологий производятся лыжные куртки. Они очень хорошо сохраняют тепло, не пропускают ветра и не мокнут. Также наночастицы используют при создании иной спортивной одежды, которая не мнется, устойчива к загрязнениям и ненастьям.

В теннисе нанотехнологии сыграли важную и одну из главных ролей. Наночастицы содержаться в теннисных ракетках и мячиках. Благодаря им, они стали гораздо легче, мячи более прыгучими и быстрыми. Нанотехнологии стали популярными при разработке и выпуске сантехники. Наночастицы позволяют создавать особое покрытие, которое долго сохраняет свой товарный блестящий вид и очень легко чистится.

Мы даже не подозреваем, что нанотехнологии помогают нам в повседневной жизни при работе с компьютерами и интернетом. Наночастицы используются для увеличения параметров памяти жестких дисков. Благодаря разработкам, появились ноутбуки, нетбуки, айфоны, смартфоны и многие другие современные гаджеты. Нашим автомобилям также значительно помогло развитие наночастиц. Ими производители покрывают поверхности детали и они служат гораздо дольше. Также в некоторых автомобилях устанавливаются

Кусочек лейкопластыря, которым мы заклеиваем порез на ручке , имеет нанослой серебра, помогающий быстрее залечивать рану. Это потому, что серебро имеет антибактериальные свойства, которые действуют лучше с повышением площади поверхности, что обеспечивается наночастицами.

Значение нанотехнологий в жизни каждого человека огромно. Чем комфортнее становится жизнь, тем больше ученые смогли узнать об этих очень малых частицах.

Неньютоновская жидкость

Ньютоновская жидкость – это вода, масло и большая часть привычных нам в ежедневном использовании текучих веществ, то есть таких, которые сохраняют свое агрегатное состояние, что бы вы с ними не делали.

Неньютоновскими называют жидкости, течение которых не подчиняется закону Ньютона.

Еще в конце XVII века великий физик Ньютон обратил внимание, что грести веслами быстро гораздо тяжелее нежели, если делать это медленно. И тогда он сформулировал закон, согласно которому вязкость жидкости увеличивается пропорционально силе воздействия на нее.

Простейшим наглядным бытовым примером может являться смесь крахмала с небольшим количеством воды. Чем быстрее происходит внешнее воздействие на взвешенные в жидкости макромолекулы связующего вещества, тем выше её вязкость.

Таких, аномальных с точки зрения гидравлики, жидкостей немало. Они широко распространены в нефтяной, химической, перерабатывающей, военной и других отраслях промышленности. К неньютоновским жидкостям можно отнести буровые растворы, сточные грязи, масляные краски, зубную пасту, кровь, жидкое мыло и др.

Свойства неньютоновской жидкости широко применяются в военной промышленности при изготовлении молекулярных бронежилетов, умного пластилина «хандгам», а также снаряжение для зимних видов спорта, чехлы для iPhone.

Приготовление раствора.

Для приготовления нам нужны крахмал (картофельный, кукурузный — любой) и вода. Пропорция зависит от качества крахмала и обычно составляет от 1:1 до 1:3 в пользу воды. В результате смешивания мы получаем нечто типа киселя, обладающего интересными свойствами . ( Приложение 1)

Исследование неньютоновской жидкости.

• Изменение скорости течения жидкости.

Опыт №1. Так, если в ёмкость со смесью медленно ввести руку, то результат точно такой же, как если бы мы ввели руку в воду. Но если размахнуться как следует и стукнуть по этой смеси, то рука отскочит, как если бы это было твёрдое вещество.

Опыт №2. Если лить такую смесь с достаточной высоты, то в верхней части струи она будет течь, как жидкость. А в нижней — скапливаться комками, как твёрдое вещество.

Опыт №3. Кроме того, можно засунуть руку в жидкость и резко сжать пальцы. Можно почувствовать, как между пальцами образовалась твёрдая прослойка.

Опыт №4. Или ещё один эксперимент — сунуть руку в этот «кисель» и резко попытаться её вытянуть. Большая вероятность, что ёмкость поднимется вслед за рукой.

Опыт №5. Когда быстро воздействовать на жидкость, катать как бы шарик из воды, то он получится на самом деле, благодаря неньютоновской жидкости. (см. приложение 1)

По результатам этих опытов можно сделать следующий вывод, если на них воздействовать резко, сильно, быстро — они проявляют свойства, близкие к свойствам твердых тел, а при медленном воздействии становится жидкостью.

Основываясь на свойствах неньютоновской жидкости, я хочу предложить несколько способов ее использования.

1. Изготовление контейнеров для транспортировки и хранения легко бьющихся стеклянных предметов (стекло, посуда, елочные игрушки и др.)

2. Использование неньютоновской жидкости при изготовлении защитных средств (наколенники, налокотники, шлемы и др.) для спортсменов, а так же их применении при обучении маленьких детей ходьбе.

У неньютоновской жидкости есть существенный недостаток: жидкость утрачивает свои свойства, когда из нее испаряется вода. Мною было проведено исследование, в результате которого я выяснил, что свойства сохраняются 2-5 дней в зависимости от температуры окружающей среды.

Вывод: чем ниже температура окружающей среды, тем медленнее испаряется вода и тем дольше сохраняются свойства неньютоновской жидкости.

Заключение 1. Нанотехнологии — символ будущего, важнейшая отрасль, без которой немыслимо дальнейшее развитие цивилизации . 2. Использование продуктов нанотехнологии в быту, улучшает качество жизни человека. 3. В нанотехнологиях наше будущее. Всем странам следует развивать эту отрасль науки. 4. Изучение нанотехнологии принесет нам еще много научных побед в будущем.

5. По результатам экспериментов можно сделать следующие выводы:

— если мешаем быстро неньютоновскую жидкость, чувствуется сопротивление, а если медленнее то нет. При быстром движении такая жидкость ведёт себя как твердое тело;

— чем ниже температура окружающей среды, тем медленнее испаряется вода и тем дольше сохраняются свойства неньютоновской жидкости.

Список использованной литературы

1. http://popular.rusnano.com

2. http://www.rusnano.com

3. http://www.en.wikipedia.org

4. http://nanoru.ru

5. http://www.nanometer.ru

6. http://www.nanotech.ru

7. http://www.rusnanonet.ru/nns/67171/info/

8. http://izvmor.ru/

9. http://cnnrm.ru/

Приложение 1

Приготовление раствора.

Приложение 2

Опыт №5

0

Просмотров работы: 14782

Нанотехнологии перевернут мир так же, как это сделали компьютеры и сотовые телефоны. Что такое нанотехнологии? Это работа с величинами, сравнимыми с размерами атомов (примерно миллионной частью миллиметра). Развиваются они в трех направлениях:

• создание электронных схем;
• производство механизмов;
• сборка предметов.

Совершенно привычные для слуха фразы удивляют только размерами. Электронная схема или механизм размером с молекулу поражает воображение. Кто-то может спросить, а зачем нам это? Что это нам дает? Попробуем заглянуть в будущее и посмотреть, что такое нанотехнологии будущего, или над чем, по крайней мере, работают ученые.

Основная проблема наноиндустрии

Практически все лаборатории мира, работающие в этой области, главным образом озабочены созданием наноманипулятора, который мог бы продвинуть нанотехнологию сразу на 100 шагов вперед. Что это такое — наноманипулятор? Это механизм, который сможет управлять отдельными атомами и молекулами и обеспечить механосинтез. Причем, управляться этот манипулятор будет нанокомпьютером, который встроен в ассемблер (робот-сборщик).
Как только будет создан такой наноманипулятор, дальнейшее развитие нанотехнологии практически станет «делом техники» или клонирования любых систем по заданным параметрам. То есть, любую фабрику, производство и т.д. можно будет заменить наносборщиком, который по заданной программе создаст любой продукт – вот что такое нанотехнологии.
Известно, например, что компания Xerox работает над созданием дубликаторов материи: одна группа роботов-дизассемблеров будет исходный объект разбирать на отдельные атомы, а другая группа создавать точную копию материи.

Нанотехнологии – что это? Реальность или фантастика?

До сих пор освоение других планет оставалось фантастикой. Значит, нанотехнологии – пропуск в этот фантастический мир, потому что появится возможность без участия человека строить целые колонии на других планетах, которые будут отвечать всем необходимым требованиям. Появление наноманипулятора – это возможность самосборки любых объектов в мировом океане и даже в воздухе. Возможность автоматически создавать любой вид материи – это пропуск в безбедную жизнь, решение всех проблем человечества, это пища, жилье и энергия практически в неограниченном количестве.
Нанотехнологии – это революция в системе энергоресурсов. КПД нанопреобразователя солнечной энергии в электрическую составит около 90%. Это новый подход к утилизации отходов, что даст возможность пополнить сырьевые запасы на планете. Это синхронно работающие нанороботы, которые глобально осуществляют экологический и погодный контроль по всему миру.

Что такое нанотехнологии в медицине и биологии

Это продление человеческой жизни на неопределенный срок, это возможность перестройки человеческого тела, обеспечение его энергией независимо от приема пищи. Способность автоматического воспроизведения любого типа материи позволит создавать качественно новые импланты, полностью совместимые с организмом любого человека. Похоже на фантастический фильм. Человек приходит к врачу, ему дают, скажем, таблетку с наноэлементами, которые разойдутся по всему организму и целенаправленно уничтожат больные и ненужные клетки (и никаких побочных эффектов). Или заменят все плохие ткани и органы, и выйдет обновленный здоровый член общества.
Нас ждет настоящая виртуальная реальность, потому что на уровне нанотехнологий улучшится взаимодействие человека с компьютерами через нервные рецепторы. И человек станет терминалом, дающим доступ к работе всех органов чувств и даже головного мозга.

Все возможности нанотехнологий пока даже трудно себе представить. Но радикальное преобразование всего общества и жизни отдельных людей неизбежно.

Люди всегда хотели улучшить условия своей жизни. Для этого первобытные люди придумали разные орудия труда, позже они приручили животных, которые начали приносить им пользу. С тех пор прошло много времени, мир изменился, а вместе с ним изменились и потребности людей. Теперь большинство из нас уже не может представить себе жизнь без современных благ, достижений науки, техники, медицины. Следующим шагом в этом развитии станет освоение нанотехнологий: систем очень малого размера, способных выполнять команды людей.

Технический прогресс направлен на разработки более мощных, скоростных, миниатюрных устройств. Устройства, создаваемые человеком, становятся все меньше и компактней, и приближаются по своим размерам к размерам молекул.

Нанотехнология — это область науки и техники, имеющая дело с совокупностью теоретического обоснования, практических методов исследования, анализа и синтеза, а также методов производства и применения продуктов с заданной атомной структурой путём контролируемого манипулирования отдельными атомами и молекулами. Приставка «нано» в названии технологии означает одну миллиардную часть единого целого. Происходит от др.-греч. νᾶνος, nanos — «гном, карлик».

Термином «нанонаука» называют изучение явлений на атомном и молекулярном уровне и научного объяснения нанотехнологии. Целью этих изучений является получение нанопродуктов. Пока нанонаука занимается только теоретическими исследованиями и производством первых опытных образцов новых материалов.

Термин «нанотехнология» применяют тогда, речь идет о чем-то очень миниатюрном. Об устройствах, состоящих из отдельных атомов, о нанотрубках из графена, о роботах, созданных на основе наноматериалов.

Впервые английский термин «Nanotechnology» был предложен японским профессором Норио Танигучи в середине 70-х годов прошлого века в докладе «Об основных принципах нанотехнологии» на международной конференции в 1974 году, то есть задолго до начала масштабных работ в этой области. По своему смыслу он подразумевает совокупность знаний, способов, приемов, конкретных процедур, а также материальные результаты их использования — нанопродукты.

Однако, это были лишь высказывания. На самом деле нанотехнологии берут свое начало в более поздние сроки — в 1989 году.

1. Наноматериалы

Это научное направление занимается изучением и разработкой новых материалов, состоящих из пленок и трубок, макроскопические свойства которых определяются химическим составом, строением и размерами.

Такие материалы могут быть разного типа (наночастицы, нанопленки, нанотрубки) и различаться по составу (металлические, полупроводниковые, органические, углеродные, керамические). Также эти материалы могут выполнять совершенно разные функции. Например детекторные и сенсорные наноматериалы.

Это направление занимается созданием различных материалов, которые могут быть использованы в совершенно различных областях. Существуют ещё и другие направления нанотехнологий, которые разрабатывают материалы для использования в узких областях, таких как электроника, биотехнология, медицина.

2. Наноэлектроника

Это область электроники, которая занимается разработкой технологий для производства крохотных устройств электроники и приборов, использующих эти устройства. Размеры таких устройств сравнимы с размерами молекул, то есть до 100 нм. Примером таких устройств могут служить интегральные схемы. Эта область науки также занимается изучением функционирования приборов, созданных и применение наноустройств.

В данном направлении проводятся исследования и разработки технологий для производства компонентов для компьютеров, телекоммуникационных устройств, накопителей информации, различных детекторов.

3. Нанофотоника

Это направление науки, которое связанно с разработкой принципов и технологий производства устройств, которые используются при передаче информации с помощью электромагнитного излучения. А также приборов на основе таких устройств. В этой области изучаются физические явления, которые происходят при взаимодействии фотонов с миниатюрными объектами.

Это направление исследует явления испускания и поглощения электромагнитного излучения различных диапазонов, полупроводниковые источники и детекторы электромагнитного излучения, оптические волокна наноразмеров и приборы на их основе, светодиоды, твердотельные и органические лазеры, элементы фотоники и коротковолновой нелинейной оптики.

4. Нанобиотехнологии

Область, занимающаяся целенаправленным использованием биологических макромолекул и органелл для разработки и создания наноматериалов и наноустройств.

Данная область занимается изучением того, как наноматериалы воздействуют на биологические объекты и процессы, в них протекающие. Результаты этого изучения позволяют контролировать и управлять их биологическими или биохимическими свойствами, а также создавать новые устройства с заранее заданными биологическими или биохимическими свойствами.

5. Наномедицина

Эта область науки находит практическое применение нанотехнологий в медицинских целях. К ней можно отнести исследования и разработки в области диагностики, а также контроля и адресной доставки лекарств. К наномедицине относятся исследования и разработки в области восстановления и реконструкции органов человеческого организма с использованием наноструктур и наноустройств.

Другой важной частью наномедицины является разработка медицинских методов диагностики, медицина восстановления и регенерации тканей, методы клеточной и генной терапии с использованием наноматериалов, применение лазеров в микро- и нанохирургии. К этой же области относятся нанотехнологии в фармакологии, фармацевтике и токсикологии.

6. Технологии и специальное оборудование для опытного и промышленного производства наноматериалов и наноустройств

К этой области техники относятся исследования, связанные с разработкой технологий и специального оборудования для производства наноматериалов и наноустройств. К нему относятся методы производства наноструктур и наноматериалов и приборостроение для нанопромышленности.

Несмотря на то, что нанотехнологии — это очень молодое направление науки, они уже сейчас применяются о некоторых областях деятельности человека. Одна из первых областей их применения — электроника. Нанотехнологии используются при производстве компьютерной техники. Это позволяет значительно уменьшить её размеры. Также создание новых наноматериалов позволяет создавать устройства с уникальными гибкими, влаго- и ударопрочными свойствами, работающими при очень низких или, наоборот, очень высоких температурах.

Ещё одна важная область применения нанотехнологий — энергетика. Основные направления применения нанотехнологий в энергетике это создание устройств с экономным потреблением электроэнергии и создание зарядных устройств на основе новых технологий с улучшенными показателями.

Использование нанотехнологий в медицине позволяет уменьшить размеры таблеток и повысить содержание лечебного вещества в крови. Оборудование, созданное с использованием нанотехнологий, позволяет исследовать организмы на уровне клеток, выполнять манипуляции с молекулами и дает возможность выращивать или клонировать части органов. Сочетание биологических и медицинских знаний вместе с достижениями электроники позволяют, используя нанотехнологии и наноматериалы, создавать микроскопические устройства, вживляемые в ткани организмов, для контроля здоровья человека или животного.

Военные нанотехнологии — одно из направлений использования нанотехнологий. Здесь нанотехнологии могут быть использованы при создании средств защиты человека от различных видов оружия. Очень важно не допустить создания нанотехнологического оружия, которое, скорее всего, погубит все живое на Земле.

Мы живем в удивительное время стремительного развития науки и технологий. Я считаю, что нанотехнологии — одно из самых перспективных направлений деятельности человеческого разума и оно будет стремительно развиваться в ближайшие десятилетия. Развитию таких технологий будет способствовать развитие вычислительной техники, которое сделает процесс исследования создания наномашин более быстрым. Думаю, что развитие нанотехнолигий приведет к созданию новых продуктов, товаров и машин и изменит все сферы жизни человеческого общества.

Литература:

1. Кобаяси, Н. Введение в нанотехнологию / Н. Кобаяси. — 2-е изд. —: БИНОМ, 2008. — 134 c. — Текст: непосредственный;
2. НАНО — ЭТО…. — Текст: электронный // Тольятинский государственный университет: [сайт]. — URL: http://edu.tltsu.ru/sites/site.php?s=82&m=36817 (дата обращения: 08.02.2021);
3. Конищева, Елена Перспективы нанотехнологий / Елена Конищева. — Текст: электронный // Calameo: [сайт]. — URL: https://ru.calameo.com/read/004720196cfbf5a460ad2 (дата обращения: 08.02.2021).

Муниципальное
бюджетное общеобразовательное

учреждение

«Ивангородская
средняя общеобразовательная школа №1 имени Н.П.Наумова»

Всероссийского конкурса
исследовательских работ

«Тропой открытий В.И.
Вернадского»

Работу выполнил:

Лисин Вадим, ученик 9 А класса

Руководитель работы:

Богова С.А., учитель физики

Ивангород,
2020 г
Содержание:

    Работа посвящена новому перспективному направлению –нанотехнологии, а
именно изучению возможностей, сфер применения и перспектив развития
нанотехнологий. 

   Актуальность этой темы вызвана
«внедрением» нанотехнологий в нашу жизнь, ведь в наши дни ни одна наука не
обходится без нанотехнологий. В настоящее время наука нанотехнология динамично
развивается, набирая обороты. Электроника, медицина, косметология,
строительство, –не полный перечень применения данных технологий на уровне
обывателя. И нет такого человека, который не слышал бы о них хоть краем уха, но
все ли люди знают, что это такое?

   Нанотехноло́гия —
область фундаментальной и прикладной науки и техники, имеющая дело с
совокупностью теоретического обоснования, практических методов исследования,
анализа и синтеза, а также методов производства и применения продуктов с
заданной атомной структурой путём контролируемого манипулирования отдельными
атомами и молекулами.

   Цель моего исследования – выявить самые передовые направления в применении
нанотехнологий, показать значение нанотехнологий в жизни человека и рассказать
о них простым и понятным для всех языком, популяризировать достижения
российских ученых в этой области.

Введение    

    Сейчас немногие
знают, что такое нанотехнологии, хотя за этой наукой стоит будущее.  Область науки и техники,
именуемая нанотехнологией, появилась недавно. Перспективы этой науки
грандиозны. Сама частица «нано» означает одну миллиардную долю какой-либо
величины. Эти размеры схожи с размерами молекул и атомов. Точное определение
нанотехнологий звучит  так: нанотехнологии – это технологии,
манипулирующие веществом на уровне атомов и молекул (поэтому нанотехнологии
называют также молекулярной технологией).

3

    Толчком к развитию
нанотехнологий послужила лекция Ричарда Фейнмана, в которой он  доказывает, что
с точки зрения физики нет никаких препятствий к тому, чтобы создавать вещи
прямо из атомов. Было введено понятие ассемблера – молекулярной наномашины,
которая может построить любую молекулярную структуру. Пример природного
ассемблера – рибосома, синтезирующая белок в живых организмах. Можно сказать,
что практически любой предмет, из тех, что изучаются в школе, так или иначе
будет связан с технологиями будущего. Самой очевидной представляется связь
“нано” с физикой, химией и биологией. Именно эти науки получат наибольший
толчок к развитию в связи с приближающейся нанотехнической революцией. Уже сегодня мы
можем пользоваться преимуществами и новыми возможностями  нано
технологий в:

§  медицине,
в том числе авиационно-космической;

§  фармакологии;

§  защите
здоровья нации в условиях нарастающего экологического кризиса и техногенных
катастроф;

§  глобальных
вычислительных сетях и информационных коммуникациях на новых физических
принципах;

§  системах
сверхдальней связи;

§  автомобильной,
тракторной и авиационной технике;

§  безопасности
дорожного движения;

§  системах
информационной безопасности;

§  решении
экологических проблем мегаполисов;

§  сельском
хозяйстве;

§  решении
проблем питьевого водоснабжения и очистки сточных вод;

§  принципиально
новых системах навигации;

§  возобновление
природных минеральных и углеводородных сырьевых ресурсов.  Я решил остановиться
на применении нанотехнологии в

медицине,
пищевой промышленности, военном деле и космосе, так как эти области у меня
вызвали интерес.

4
1. Нанотехнологии в
современном мире

1.1 История возникновения  нанотехнологий

    Наука «Нанотехнология» возникла из-за революционных изменений в информатике!

    В 1947 году был изобретен транзистор, после чего началась
эпоха расцвета полупроводниковой техники, при которой размеры созда­ваемых
кремниевых устройств постоянно уменьшались. Термин «нанотехнология»
в 1974 году предложил японец Норё Танигути для описания процесса построения
новых объектов и материалов при помощи манипуляций с отдельными атомами. В
современном звучании нанотехнологии — это технологии изготовления
сверхмикроскопических конструкций из мельчайших частиц материи, объединяющие
все технические процессы, связанные непосредственно с атомами и молекулами.

    Археологические
находки свидетельствуют о существовании коллоидных рецептур еще в античном мире
например, «китайские чернила» в Древнем Египте. Знаменитая Дамасская
сталь, изготавливалась благодаря наличию в ней нанотрубок. Отцом идеи
нанотехнологии условно можно считать греческого философа Демокрита
приблизительно в 400 г.д.н. эры он впервые использовал слово «атом»,
что в переводе с греческого означает «нераскалываемый», для описания
самой малой частицы вещества.

Хронология
развития науки:

·       
1905 год.
Швейцарский физик Альберт Эйнштейн опубликовал работу, в которой доказывал, что
размер молекулы сахара составляет примерно 1 нм

·       
1931 год.
Немецкие физики Макс Кнолл и Эрнст Руска создали электронный микроскоп, который
впервые позволил исследовать нанообъекты.

5

·       
1934 год.
Американский физик-теоретик, лауреат Нобелевской премии Юджин Вигнер
теоретически обосновал возможность создания ультрадисперсного металла с
достаточно малым числом электронов проводимости.

·       
1951 год. Джон фон Нейман выделил принципы
самокопирующихся машин

·       
В 1953 году Ватсон и Крик описали
структуру ДНК, которая показала, как живые объекты передают инструкции, которые
руководят их постройкой.

·       
1959 год. Американский физик Ричард
Фейнман впервые опубликовал работу, в которой оценивались перспективы
миниатюризации. Нобелевский лауреат Р. Фейнман написал фразу, воспринимаемую сейчас
как пророчество: «Насколько я вижу, принципы физики не запрещают
манипулировать отдельными атомами».

·       
1974 год. Японский физик Норио Танигучи
ввел в научный оборот слово «нанотехнологии», которым предложил
называть механизмы, размером менее одного микрона.

·       
 1981 год. Глейтер впервые обратил
внимание на возможность создания уникальных по свойствам материалов, структура
которых представлена кристаллитами наноразмерного интервала.

·       
1982 год Г. Бининг и Г. Рорер создали
первый сканирующий туннельный микроскоп.

·       
1985 год. Американский физики Роберт Керл,
Хэрольд Крото и Ричард Смэйли создали технологию, позволяющую точно измерять
предметы, диаметром в один нанометр.

·       
1986 год. Нанотехнология стала известна
широкой публике. Американский ученый Эрик Дрекслер опубликовал книгу
«Машины созидания: пришествие эры нанотехнологии»

6

·       
1991 год, Хьюстон (США), химический
факультет университета Раиса. В своей лаборатории доктор Р. Смоли (лауреат
Нобелевской премии за 1996 год) с помощью лазера испарял под вакуумом графит,
газовая фаза которого состояла из достаточно крупных крастеров: в каждом по 60
атомов углерода.

·       
1991 год, Сотрудник лаборатории фирмы NEC
в Японии Сумио Идзима впервые обнаружил углеродные нанотрубки, которые ранее
были предсказаны за несколько месяцев до этого российским физиком Л.
Чернозатонским и американецем Дж. Минтмиром.

·       
1995 год. В Научно-исследовательском
физико-химическом институте имени Л.Я. Карпова разработали датчик, выявляющий
различные вещества в атмосфере (аммиак, спирт, водяной пар).

·       
1997 год. Ричард Е.Смоли, Лауреат
Нобелевской премии 1996 г. в области химии, профессор химии и физики предсказал
сборку атомов уже к 2000 г. и к этому же времени спрогнозировал появление
первых коммерческих наноизделий.

·       
1998 год. были экспериментально
подтверждены зависимости электрических свойств нанотрубок от геометрических
параметров.

·       
1998 год. Голландский физик Сеез Деккер
создал транзистор на основе нано-технологий.

·       
1998 год. Темпы развития нанотехники стали
резко нарастать. Япония определила нанотехнологию как вероятную технологическую
категорию 21-го века.

·       
1999 год. Американские физики Джеймс Тур и
Марк Рид определили, что отдельная молекула способна вести себя также, как
молекулярные цепочки.

·       
 2000 год. Исследовательская группа фирмы
«Хьюлетт-Паккард» создала с помощью новейших нанотехнологических
методов самосборки молекулу-переключатель или минимикродиод.

7

·       
2002 год. С. Деккер объединил нанотрубку с
ДНК, получив единый наномеханизм.

·       
2003 год. Японские ученые стали первыми в мире,
кому удалось создать твердотельное устройство, в котором реализован один из
двух основных элементов, необходимых для создания квантового компьютера. 2004
года. Был презентован «первый в мире» квантовый компьютер

·       
7 сентября 2006 года Правительство
Российской Федерации одобрило концепцию Федеральной целевой программы развития
нанотехнологий на 2007-2010 годы.

      Уже сейчас в нанотехнологии получен ряд исключительно важных
результатов, позволяющих надеяться на существенный прогресс в развитии многих
других направлений науки и техники. Речь идет о таких важных характеристиках,
как элек­тропроводность, коэффициент оптического преломления, магнит­ные
свойства, прочность, термостойкость и т. п. На основе материалов с новыми
свойствами уже сейчас создаются новые типы солнечных батарей, экологически безо­пасных
продуктов и т. п. Возможно, что именно производство деше­вых, энергосберегающих
и экологически безопасных материалов станет наиболее важным последствием
внедрения нанотехнологий. Уже созданы высокочувствительные биологические
датчики (сенсоры) и другие устройства, позволяющие говорить о возникно­вении
новой науки  нанобиотехнологии и имеющие огромные перспективы практического
применения. Нанотехнология предлагает новые возможности микрообработки
материалов и создания на этой основе новых производственных процессов и новых
изде­лий, что должно оказать революционное воздействие на экономи­ческую и
социальную жизнь грядущих поколений.

8

1.2.
Нанотехнологии в разных сферах жизнедеятельности человека

Проникновение
нанотехнологии в сферы человеческой деятельности можно представить в виде
дерева нанотехнологии. Применение имеет вид дерева, ветви которого представляют
основные сферы применения, а ответвления от крупных ветвей представляют
дифференциацию внутри основных сфер применения на данный момент времени.

На
сегодняшний день имеется следующая картина:

1.     Биологические
науки предполагают развитие технологии генных меток, поверхности для
имплантантов, антимикробные поверхности, лекарства направленного действия,
тканевая инженерия, онкологическая терапия.

2.      Простые
волокна предполагают развитие бумажной технологии, дешевых строительных
материалов, лёгких плит, автозапчастей, сверхпрочных материалов.

3.     Наноклипсы
предполагают производство новых тканей, покрытие стёкол, «умных»
песков, бумаги, углеродных волокон.

4.     Защита
от коррозии способами нанодобавок к меди, алюминию, магнию, стали.

5.     Катализаторы
предполагают применение в сельском хозяйстве, дезодорировании, а также
производство продуктов питания.

6.     Легкоочистимые
материалы находят применение в быту, архитектуре, молочной и пищевой
промышленности, транспортной индустрии, санитарии. Это производство
самоочищающихся стёкол, больничного инвентаря и инструментов, антиплесневого
покрытия, легкоочищающейся керамики.

7.     Биопокрытия
используются в спортивном инвентаре и подшипниках.

8.     Оптика
как сфера применения нанотехнологии включает в себя такие направления как
электрохромику,  производство оптических линз.

9

9.     Керамика
в сфере применения нанотехнологии даёт возможность получения
электролюминисценции и фотолюминисценции, печатных паст, пигментов,
нанопорошков, микрочастиц.

10.  Компьютерная
техника и электроника как сфера применения нанотехнологии даст развитие электронике,
наносенсорам, бытовым (встраиваемым) микрокомпьютерам. Далее это развитие
глобальных сетей, беспроводных коммуникаций, квантовых и ДНК компьютеров.

11.  Наномедицина,
как сфера применения нанотехнологии, это наноматериалы для протезирования,
«умные» протезы, нанокапсулы, имплантанты, «умные» и
прецизионные инструменты, фармацевтики направленного действия.

12. Космос
как сфера применения нанотехнологии откроет перспективу для преобразования
солнечной энергии, наноматериалы для космического применения.

13. Экология
как сфера применения нанотехнологии-  это восстановление озонового слоя, 
погодный контроль.

1.2.1
Нанотехнологии в космосе 

В космосе бушует
революция. Стали создаваться спутники и наноприборы до 20
килограмм. Создана система микроспутников, она менее
уязвима при попытках ее уничтожения. Одно дело сбить на орбите махину массой в
несколько сот килограммов, а то и тонн, сразу выведя из строя всю космическую
связь или разведку, и другое — когда на орбите находится целый рой микроспутников.
Вывод из строя одного из них в этом случае не нарушит работу системы в целом.
Соответственно могут быть снижены требования к надежности работы каждого
спутника.

Молодые ученые считают, что к ключевым проблемам
микроминиатюризации спутников среди прочего следует отнести создание новых
технологий в области оптики, систем связи, способов передачи, приема и
обработки больших массивов информации. Речь идет о

10

нанотехнологиях
и наноматериалах, позволяющих на два порядка снизить массу и габариты приборов,
выводимых в космос. Например, прочность наноникеля в 6 раз выше, чем обычного
никеля, что дает возможность при использовании его в ракетных двигателях
уменьшить массу сопла на 20-30%. Уменьшение массы
космической техники решает множество задач: продлевает срок нахождения аппарата
в космосе, позволяет ему улететь дальше и унести на себе больше полезной
аппаратуры для проведения исследований. Сегодня космос — это не экзотика, и
освоение его — не только вопрос престижа. В первую очередь, это вопрос национальной
безопасности и национальной конкурентоспособности нашего государства. Как и
нанотехнологии, наноматериалы дадут нам возможность серьезно говорить о
пилотируемых полетах к различным планетам Солнечной системы. Другим чрезвычайно востребованным направлением развития
микроспутников является создание  дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ).

1.2.2 Нанотехнологии в медицине

Последние
успехи нанотехнологий, по словам ученых, могут оказаться весьма полезными в
борьбе с раковыми заболеваниями. Разработано противораковое лекарство
непосредственно к цели — в клетки, пораженные злокачественной опухолью. Новая
система, основанная на материале, известном как биосиликон. Наносиликон
обладает пористой структурой, в которую удобно внедрять лекарства, протеины и
радионуклиды. Достигнув цели, биосиликон начинает распадаться, а доставленные
им лекарства берутся за работу. Причем, по словам разработчиков, новая система
позволяет регулировать дозировку лекарства.

На
протяжении последних лет сотрудники Центра биологических нанотехнологий
работают над созданием микродатчиков, которые будут использоваться для
обнаружения в организме раковых клеток и борьбы с

11

этой
страшной болезнью. Новая методика распознания раковых клеток базируется на
вживлении в тело человека крошечных сферических резервуаров, сделанных из
синтетических полимеров под названием дендримеры (от греч. dendron — дерево). В
диаметре каждая такая сфера, или наносенсор, достигает всего 5 нанометров — 5 миллиардных
частей метра, что позволяет разместить на небольшом участке пространства
миллиарды подобных наносенсоров.

Оказавшись
внутри тела, эти крошечные датчики проникнут в лимфоциты — белые кровяные
клетки, обеспечивающие защитную реакцию организма против инфекции и других
болезнетворных факторов. При иммунном ответе лимфоидных клеток на определенную
болезнь или условия окружающей среды — простуду или воздействие радиации, к
примеру, — белковая структура клетки изменяется. Каждый наносенсор, покрытый специальными
химическими реактивами, при таких изменениях начнет светиться. Чтобы увидеть
это свечение, ученые  собираются создать специальное устройство, сканирующее
сетчатку глаза. Если в лимфоцитах находится достаточное количество помеченных
сенсоров, то для того, чтобы выявить повреждение клетки, понадобиться
15-секундное сканирование, заявляют ученые.

Здесь
ожидается наибольшее влияние нанотехнологии, поскольку она затрагивает саму
основу существования общества — человека. Даже вирус отчасти можно считать
живой системой, поскольку он содержит в себе информацию о своём построении. А
вот рибосома, хотя и состоит из тех же атомов, что и вся органика, но такой
информации не содержит и поэтому является лишь органической молекулярной
машиной. Нанотехнология в своём развитом виде предполагает строительство
нанороботов, молекулярных машин неорганического атомного состава, эти машины
смогут строить свои копии, обладая информацией о таком

12

построении.
Поэтому грань между живым и не живым начинает стираться. На сегодняшний день
создан лишь один примитивный шагающий ДНК-робот.

Наномедицина 
представлена следующими возможностями: лаборатории на чипе, направленная
доставка лекарств в организме; ДНК — чипы(создание индивидуальных лекарств); искусственные
ферменты и антитела, искусственные органы, искусственные функциональные
полимеры (заменители органических тканей). Это направление тесно связано с
идеей искусственной жизни и в перспективе ведёт к созданию роботов обладающих
искусственным сознанием и способных к самовосстановлению на молекулярном
уровне. Это связано с расширением понятия жизни за рамки органического; Нанороботы-хирурги.
Это является самым радикальным применением нанотехнологии в медицине будет
создание молекулярных нанороботов, которые смогут уничтожать инфекции и раковые
опухоли, проводить ремонт повреждённых ДНК, тканей и органов, дублировать целые
системы жизнеобеспечения организма, менять свойства организма.

      В
перспективе, любые молекулы будут собираться подобно детскому конструктору. Для
этого планируется использовать нанороботов (наноботов). Любую химически
стабильную структуру, которую можно описать, на самом деле, можно и построить. Поскольку нанобот можно запрограммировать на строительство любой
структуры, в частности, на строительство другого нанобота, они будут очень
дешевыми. Работая в огромных группах, наноботы смогут создавать любые объекты с
небольшими затратами, и высокой точностью. В медицине проблема применения
нанотехнологий заключается в необходимости изменять структуру клетки на
молекулярном уровне, т.е. осуществлять «молекулярную хирургию» с
помощью наноботов. Ожидается создание молекулярных роботов-врачей, которые
могут «жить» внутри человеческого организма, устраняя все возникающие
повреждения,

13

или предотвращая возникновение таковых. Манипулируя отдельными атомами и молекулами,
наноботы смогут осуществлять ремонт клеток. Прогнозируемый срок создания
роботов-врачей, первая половина XXI века.

Несмотря на
существующее положение вещей, нанотехнологии — как кардинальное решение
проблемы старения, являются более чем перспективными.

1.2.3
Нанотехнологии в пищевой промышленности

Наноеда
(nanofood) – термин новый, малопонятный и неказистый. Еда для нанолюдей? Очень
маленькие порции? Еда, сработанная на нанофабриках? Нет, конечно. Но всё же
это — любопытное направление в пищевой отрасли. Оказывается, наноеда – это целый набор научных идей, которые уже
находятся на пути к реализации и применению в промышленности. Во-первых,
нанотехнологии могут предоставить пищевикам уникальные возможности по
тотальному мониторингу в реальном времени качества и безопасности продуктов
непосредственно в процессе производства. Речь идёт о диагностических машинах с
применением различных наносенсоров или так называемых квантовых точек,
способных быстро и надёжно выявлять в продуктах мельчайшие химические
загрязнения или опасные биологические агенты. И производство пищи, и её
транспортировка, и методы хранения могут получить свою порцию полезных
инноваций от нанотехнологической отрасли. По оценке учёных, первые серийные
машины такого рода появятся на массовых пищевых производствах в ближайшие
четыре года. Но на повестке дня и более радикальные идеи. Вы готовы проглотить
наночастицы, которые невозможно увидеть?  А что если наночастицы будут
целенаправленно использоваться для доставки к точно выбранным частям организма
полезных веществ и лекарств? Что если такие нанокапсулы можно будет внедрять в
пищевые продукты?  Пока ещё никто не употреблял наноеду, но предварительные
разработки уже идут. Специалисты говорят, что съедобные наночастицы могут быть
сделаны из кремния, керамики или

14

полимеров.
И разумеется — органических веществ.  И если в отношении безопасности так
называемых «мягких» частиц, сходных по строению и составу с
биологическими материалами – всё ясно, то «твёрдые» частицы,
составленные из неорганических веществ – это большое белое пятно на пересечении
двух территорий — нанотехнологии и биологии.  Учёные ещё не могут сказать,
по каким маршрутам подобные частицы будут путешествовать в теле, и где в
результате остановятся. Это ещё предстоит выяснить. Зато некоторые специалисты
уже рисуют футуристические картины преимуществ наноеды. Помимо доставки ценных
питательных веществ к нужным клеткам.  Идея заключается в следующем: каждый
покупает один и тот же напиток, но затем потребитель сможет сам управлять
наночастицами так, что на его глазах будут меняться вкус, цвет, аромат и
концентрация напитка.

1.2.4 Нанотехнологии в военном деле

Военное
использование нанотехнологий открывает качественно новый уровень
военнотехнического господства в мире. Основными направлениями в создании новых
вооружений на базе нанотехнологии можно считать:  Создание новых мощных
миниатюрных взрывных устройств.   Шпионаж и подавление боли с использованием
нейротехнологий. Биологическое оружие и наноустройства генетического наведения.
Наноснаряжение для солдат.  Защита от химического и биологического оружия.
Нанопокрытия для военной техники.

Нанотехнология
позволит производить мощные взрывчатые вещества. Размер взрывчатки можно
уменьшить в десятки раз. Внедрение малогабаритных роботизированных устройств в
электронную технику может нарушать работу электрических контуров и механики при
помощи. Сбой работы центров управления и командных пунктов невозможно
предотвратить если не изолировать наноустройства. В лабораториях NASA

15

уже
созданы действующие образцы оборудования для перехвата внутренней речи. Фотонные
компоненты на наноструктурах, способные получать и обрабатывать огромные
массивы информации, станут основой систем космического мониторинга, наземного
наблюдения и шпионажа. С помощью наноустройств внедрённых в мозг возможно
получение «искусственного» (технического) зрения с расширенным
спектром восприятия, по сравнению с биологическим зрением. Система подавления
боли у солдат, вживляемая в тело и мозг, разрабатываются нейрочипы.

Следующим
применением нанотехнологии в военной сфере являются наноустройства
генетического наведения. Наноустройство с генетическим наведением может быть
запрограммировано на выполнение тех или иных разрушительных действий в
зависимости от генетической структуры ДНК клетки, в которой оно оказалось. В
качестве условия активации устройства задаётся уникальный участок генетического
кода конкретного человека или шаблон для действий над группой людей. Отличить
обычную эпидемию от этнической чистки будет практически невозможно без средств
обнаружения нанороботов. Наноустройства будут срабатывать только против
заданного типа людей и при строго определенных условиях. Попав в организм,
наноустройство никак себя не проявит, до команды активизации.  Следующим
применением нанотехнологий является экипировка и снаряжение солдат. Предлагается
сделать из человека, обмундирования и оружия некий гибрид, элементы которого
будут настолько тесно связаны между собой, что полностью экипированного солдата
будущего можно будет назвать отдельным организмом. Нанотехнология дала прорыв в
изготовлении брони и бронежилетов.

Военную
технику предполагают оснастить специальной «электромеханической
краской», которая позволит менять цвет и предотвратит коррозию.

16

С
помощью системы оптических матриц, которые будут отдельными наномашинами в
«краске», исследователи хотят добиться эффекта невидимости машины или
самолета. Нанотехнология позволит произвести полную механизацию полевой войны,
исключающие присутствие модернизированных солдат.

Глава
3. Новейшие достижения нанотехнологии.

3.1. Компьютеры будущего.

Мозг современного
компьютера — центральный процессор, оперативная и постоянная память,
вспомогательные и периферийные устройства. Основные логические (в том числе
вычислительные) операции совершаются центральным процессором. Современные
компьютеры постоянно становятся все быстрее, однако, похоже, ученые нашли
способ подойти к пределу возможностей использования двоичной системы.

Нанокомпьютеры.С
переходом на уровень нанотехнологий станет возможным снижение минимально
допустимых размеров компьютера до субклеточного уровня. Плотность хранения
информации в искусственных системах уже сейчас может превышать плотность
информации, кодирующей наследственность человека.

Квантовый
компьютер — вычислительное устройство, работающее на основе квантовой механики.
Ограниченные (до 128 кубитов) квантовые компьютеры уже построены; элементы
квантовых компьютеров могут применяться для повышения эффективности вычислений
уже на существующей приборной базе. Квантовый компьютер использует для
вычисления не обычные (классические) алгоритмы, а процессы квантовой природы.
Использование квантовых компьютеров, работающих по специальным (квантовым)
алгоритмам, позволит быстро решать задачи, с которыми классические алгоритмы не
справляются даже за весьма значительное время. К числу таких задач относятся
поиск в неупорядоченном массиве, разложение чисел на простые множители и
моделирование квантовых систем (сложных молекул).

17

Последние
разработки в области нанотехнологий способствовали созданию датчиков, которые
могут измерять пульс, частоту дыхания, изменение кровяного давления, и даже
другие менее уловимые изменения, как, например, повышение или понижение
температуры кожи и колебания голоса.

Поскольку
человеческая кожа способна осуществлять передачу электрических сигналов, исследователи
нанотехнологий смогли разработать компьютер, снабжённый нанодатчиками, которые
имеют поразительную способность видеть и слышать людей, использующих их.
Неизбежно создание технологии, которая способна определять, хорошее или плохое
настроение человека. Создание такой технологии – это лишь вопрос времени.

Программисты также
пытаются использовать достижения нанотехнологий в программах, которые будут
способны точно определять и усиливать врождённое желание людей жить. Это
поможет стимулировать борьбу за жизнь у тяжелобольных людей, не способных
бороться с болезнью самостоятельно.

3.2. Робототехника

Человечество во
все времена стремилось улучшить условия своего существования. Большинство из
нас уже не может представить себе жизнь без современных благ цивилизации,
достижений науки, техники, медицины. Следующим шагом в этом развитии, по мнению
многих ученых, станет освоение нанотехнологий, а в частности систем очень
малого размера, способных выполнять команды людей. Таких послушных существ
называют нанороботами. На сегодняшний день уже существует несколько прототипов
нанороботов — устройств размером в десятки нанометров, которые могут
самостоятельно манипулировать частицами атомных и молекулярных размеров.

Робототехника —
прикладная наука, занимающаяся разработкой автоматизированных технических
систем.Робототехника опирается на такие дисциплины
как электроника, механика,  программирование.

18

Так какую помощь
могут оказать людям нанороботы и какую угрозу для человечества они
представляют.

Например, за счёт
внедрения в организм молекулярных роботов, предотвращающих старение клеток, а
также перестраивающих и «облагораживающих» ткани организма можно будет
достигнуть бессмертия человека, неговоря об оживлении и излечении безнадежно
больных и людей, которые были заморожены методами крионики.

В промышленности
произойдёт замена традиционных методов производства сборкой молекулярными
роботами предметов потребления непосредственно из атомов и молекул. Вплоть до
персональных синтезаторов и копирующих устройств, позволяющих изготовить любой
предмет.

Замена произойдёт
и в сельском хозяйстве: комплексы из молекулярных роботов придут на смену
«естественным машинам» для производства пищи (растений и животных) их
искусственными аналогами. Они будутвоспроизводить те же химические процессы,
что происходят в живом организме, однако более коротким и эффективным путем.

Биологи смогут
«внедряться» в живой организм на уровне атомов и станут возможными и
«восстановление» вымерших видов, и создание новых типов живых существ, в том
числе биороботов.

Космос будет,
наконец, освоен: огромная армия роботов-молекул будет выпущена в околоземное
космическое пространство и подготовит его для заселения человеком — сделает
пригодными для обитания Луну, астероиды, ближайшие планеты, соорудит из «подручных
материалов» (метеоритов,

комет) космические
станции.

В кибернетике
произойдёт переход к объёмным микросхемам, а размеры активных элементов
уменьшаться до размеров молекул. Рабочие частоты компьютеров достигнут
терагерцовых величин. Появится долговременная быстродействующая память на
белковых молекулах, ёмкость которой будет измеряться терабайтами.

19

Станет возможным
«переселение» человеческого интеллекта в компьютер.

За счёт внедрения
логических наноэлементов во все атрибуты окружающей среды она станет «разумной»
и исключительно комфортной для человека. На всё это, по разным оценкам,
понадобится около 100 лет.

Глава
4. Социологический опрос.

Мы слышим о
нанотехнологиях с экранов телевизоров и по радио, читаем о них в газетах,
журналах и сети Интернет. А что мы знаем о них на самом деле?

Мы решили сросить
три поколения людей в нашей школе: это наши учителя – старшее поколение,
ученики 10-11 классов – среднее поколение и ученики 8-9 классов – младшее
поколение. Количество опрашиваемых были равны, по 10 человек.

Мы составили 7
вопросов. Результаты ответов вы видите на экране.

Наши выводы
таковы: все 100% опрашиваемые знакомы с какими-либо нанотехнологиями или
слышали о них.

Около 57% всех
опрашиваемых не интересуются нанотехнологиями, а 27% — все равно. Но 43% —
интересуются и посещают сайты, на которых

рассказывается о
достижениях современных нанотехнологий. А вот 80% учеников 8-9 классов не
привлекают данные сайты.

Но вот, что
интересно, именно младшее поколении в 100% считают, что нанотехнологии помогут
им в жизни, а старшее поколение – всего лишь 30%. Но ученики 8-9 классов не
догадываются, что новые технологии помогут им не только в повседневной жизни,
но и в профессии, только 1(10%) человек из 10 твердо заявил, что за
нанотехнологиями стоит будущее во всех профессиях. А вот большинство из
среднего поколения (60%) уверены, что нанотехнологии «перекроят» все будущие
профессии. Из старшего поколения только 20% уверены в этом. Но самое главное,
что 90% всех опрошенных хотели бы получать больше информации о нанотехнологиях.

20

                                                      Заключение

Прояснив понятие
нанотехнологии, обозначив её перспективы и остановившись на возможных
опасностях и угрозах, хочу сделать вывод. Я считаю, что нанотехнология – это
молодая наука, результаты развития которой могут до неузнаваемости изменить
окружающий мир. И каковы будут эти изменения — полезными, несравненно
облегчающими жизнь, или вредными, угрожающими человечеству — зависит от
взаимопонимания и разумности людей. Только разумные и гуманные люди могут
превратить нанотехнологии в ступеньку к познанию Вселенной и своего места в
этой Вселенной.

21

Список
литературы

1.     Основы
объектно-ориентированного программирования в Delphi:
Учеб. пособие / В. В. Кузнецов, И. В. Абдрашитова; Под ред. Т. Б. Корнеевой. –
изд. 3-е, перераб. и доп. – Томск, 2008. – 120 с.

2.     Киммел
П. Создание приложениё в Delphi./П.
Кимел – М: Вильямс, 2003. – 114с.

3.     Кобаяси
Н. Введение в нанотехнологию/Н. Кобаяси. – М.:Бином, 2005 — 134с

4.     Чаплыгин
А. «нанотехнологии в электронике» / А.Чаплыгин. — 2005
М.:техносфера

5.     http://www.delphi.com

6.     http://www.delphisources.ru

7.     http://www.delphimaster.ru

8.     http://www.nano-alife.ru

9.     nanoprom.info

22