10 Nekonvenční využití nanotechnologie

Je těžké představit si budoucnost bez přítomnosti nanotechnologií. Manipulace s látkou na atomové a submolekulární úrovni připravila cestu k významným průlomům v chemii, biologii a medicíně. Rozvinuté aplikace nanotechnologie jsou však mnohem širší a rozmanitější než to, co jsme si představovali.

10Film Making

Bez vynálezu skenovacího tunelovacího mikroskopu (STM) v osmdesátých letech minulého století mohla oblast nanotechnologie zůstat sci-fi. S atomovou přesností STM umožnil fyzikům studovat strukturu hmoty tak, jak to bylo nemožné u konvenčních mikroskopů.

Úžasný potenciál technologie STM byl prokázán výzkumnými pracovníky IBM, kteří vytvořili Chlapec a jeho atom, který byl nejmenším animovaným filmem na světě. Byl vyroben pohybem jednotlivých atomů na měděném povrchu.

90 sekundový film zobrazuje chlapec vyrobený z molekul oxidu uhelnatého, který si hraje s míčem, tančí a skáče na trampolíně. Skládá se z 202 snímků, animace se odehrává ve vzdálenosti minimálně 1/1000 velikosti jednoho lidského vlasu. Pro vytvoření filmu využili výzkumníci jedinečnou vlastnost, která je dodávána se standardem STM: elektricky nabitý a extrémně ostrý stylus s hrotem z jednoho atomu. Stylus je schopen snímat přesnou polohu uhlíkových molekul na animační ploše (což je v tomto případě fólie mědi). Proto může být použita k vytváření obrazů molekul a jejich přesunutí do nových pozic.

9Oil Recovery

Celosvětové výdaje na těžbu ropy během posledního desetiletí rostly exponenciálně. Účinnost při obnove ropy však zůstává hlavním problémem. Když ropné společnosti uzavřou ropný vrt, vytáhne se méně než polovina oleje v nádrži. Zbytek je zanechán, protože je uvězněn ve skále, kde je příliš nákladné se zotavit. Naštěstí s pomocí nanotechnologie vědci v Číně objevili způsob, jak to zvládnout.

Řešení zvyšuje stávající techniku ​​vrtání. Původní technika zahrnuje vstřikování vody do skalních pórů, kde se nachází olej. Tím se vytěsní olej a vytlačuje ho. Tato metoda však odhaluje své omezení, jakmile byl olej v snadno dosažených pórech vytažen. Do té doby voda začíná vystupovat z vrtu místo oleje.

Abychom tomu zabránili, čínští vědci Peng a Ming Yuan Li přišli s nápadem naplnit vodu nanočásticemi, které mohou propojit průchody mezi skalními póry. Tato metoda je určena k tomu, aby se voda dostala do pórů, které obsahují olej a vytlačuje olej, užší cesty. S úspěšnými terénními studiemi provedenými v Číně se tato metoda ukázala jako vysoce účinná při získání 50 procent černého zlata, které jinak zůstává mimo dosah.

8Displeje s vysokým rozlišením

Obrazy na obrazovkách počítače jsou zobrazovány pomocí drobných bodů, které se nazývají pixely. Bez ohledu na jejich velikost a tvary zůstává počet pixelů na obrazovce určujícím faktorem kvality obrazu. Při tradičních projekcích však více pixelů znamenalo větší a objemnější obrazovky - zřejmé omezení.

Zatímco firmy byly zaneprázdněny prodejem svých kolosálních obrazovek zákazníkům, vědci z Oxfordské univerzity objevili způsob, jak vytvořit pixely, které se nacházejí jen pár set metrů. Toho bylo dosaženo využitím vlastností materiálu s fázovou změnou nazývanou GST (materiál nalezený v produktech tepelného řízení). V tomto experimentu použili vědci sedmimetrovou vrstvu GST vloženou mezi průhledné elektrody. Každá vrstva - o velikosti 300 nanometrů 300 nanometrů - funguje jako pixel, který lze elektricky zapnout a vypnout. Při průchodu elektrického proudu vrstvami byli vědci schopni vytvářet obrazy s přiměřenou kvalitou a kontrastem.

Nano-pixely budou sloužit různým účelům, kde se konvenční pixely stanou nepraktickými. Například jejich malá velikost a tloušťka z nich dělají skvělou volbu pro technologie, jako jsou inteligentní brýle, skládací obrazovky a syntetické retiny. Další výhodou nano-pixelových displejů je jejich nižší spotřeba energie. Na rozdíl od stávajících displejů, které neustále obnovují všechny obrazové body pro vytváření obrazů, zobrazuje se na úrovni vrstvy GST pouze obnovení části displeje, která se ve skutečnosti mění a šetří energii.

7Kalor změna barvy

Při experimentování na strunách nanočástic zlata, vědci z Kalifornské univerzity narazili na úžasné pozorování. Všimli si, že barva zlata se mění, když je struna jeho částic roztažena nebo zatažena, což produkuje to, co jeden z vědců popsal jako krásnou jasně modrou barvu, která se změní na fialovou a pak červenou. Nález inspiroval vědce, aby vytvořili snímače ze zlata nanočástic, které mění barvy, když se na ně aplikuje tlak.

Pro výrobu snímačů musí být do flexibilního polymerního filmu přidány zlaté nanočástice. Když je film stlačen, protáhne se a způsobuje oddělení částic a změnu barvy. Lehkým stisknutím se senzor purpurová a při tvrdém stisknutí se rozsvítí červeně. Vědci si všimli této zajímavé vlastnosti nejen ve zlatých částech, ale také ve stříbře, kde se částice změní na žlutou, když se protáhnou.

Senzory mohou sloužit různým účelům. Například by mohly být začleněny do nábytku, jako jsou postele nebo postele, aby se posoudily sedící nebo spící pozice. Přestože je ze zlata, snímač je dostatečně malý, aby překonal problém s náklady.

6 Nabíjení telefonu

Ať už jde o iPhone, Samsung nebo jiný typ telefonu, každý inteligentní telefon, který opouští továrnu, přichází s dvěmi notoricky známými nedostatky: životnost baterie a čas potřebný k nabití.Zatímco první je stále univerzální problém, vědci z města Ramat Gan v Izraeli se podařilo vyřešit druhý problém vytvořením baterie, která vyžaduje pouze 30 sekund na dobití.

Průlom byl připsán projektu, který se týkal Alzheimerovy nemoci, který provedli badatelé z univerzity v Tel Avivu. Vědci zjistili, že molekuly peptidu, které zkracují neurony mozku a způsobují nemoci, mají velmi vysokou kapacitu (schopnost chránit elektrické náboje). Toto zjištění přispělo k založení společnosti StoreDot, která se zaměřuje na nanotechnologie zaměřené na spotřební výrobky. S pomocí výzkumných pracovníků StoreDot vyvinula technologii NanoDots, která využívá vlastnosti peptidů ke zlepšení životnosti baterií smartphonů. Společnost prokázala prototyp své baterie v ThinkNext události společnosti Microsoft. Pomocí telefonu Samsung Galaxy S3 byla baterie nabíjena z nuly na plnou za méně než minutu.

5Softální dodávka léků

Léčba nemocí, jako je rakovina, může být prohibitivně nákladná a v některých případech příliš pozdě. Naštěstí několik lékařských firem z celého světa zkoumá levné a účinné způsoby léčby nemocí. Mezi nimi je společnost Immusoft, která má za cíl revoluci v tom, jak jsou léky dodávány našim tělům.

Místo toho, že utrácí miliardy dolarů na drogy a léčebné programy, Immusoft se domnívá, že můžeme inženýt naše tělo vyrábět léky sami. S pomocí imunitního systému mohou být buňky pacienta změněny, aby získaly nové genetické informace, které jim umožní vyrábět vlastní lék. Genetická informace může být dodána prostřednictvím kapslí velikosti nano vstřikovaných do těla.

Nová metoda nebyla dosud testována na pacienta. Nicméně společnost Immusoft a další instituce hlásily úspěšné experimenty prováděné na myších. Pokud se ukáže, že tato metoda je účinná u lidí, výrazně sníží náklady na léčení a terapii kardiovaskulárních onemocnění a různých dalších onemocnění.

4Molekulární komunikace

Existují okolnosti, kdy se elektromagnetické vlny, duše globální telekomunikace, stávají nepoužitelnými. Přemýšlejte o elektromagnetickém impulsu, který by způsobil, že komunikační družice a každá forma technologie, která se na nich spoléhá, ​​bude zbytečná. Jsme docela obeznámeni s takovými děsivými scénáři z filmů o soudním sporu. Dále se o této otázce věnovali roky výzkumníci z University of Warwick ve Spojeném království a Yorkské univerzity v Kanadě, než nakonec přicházejí s nečekaným řešením.

Vědci poznamenali, jak některé druhy zvířat, zejména hmyz, používají feromony ke komunikaci na dlouhé vzdálenosti. Po shromáždění dat byli schopni vyvinout komunikační metodu, ve které jsou zprávy zakódovány v molekulách odpařeného alkoholu. Výzkumníci úspěšně prokázali novou techniku ​​s použitím alkoholu jako signalizační chemikálie a "O Kanadu" jako své první poselství.

S touto metodou byly použity dvě zařízení, včetně vysílače pro kódování a odeslání zprávy a přijímače pro dekódování a zobrazení. Metoda funguje zadáním textové zprávy na vysílači pomocí Arduino Uno (mikrokontrolér s otevřeným zdrojem), který je dodáván s LCD displejem a tlačítky. Řídicí jednotka pak převede textový vstup na binární sekvenci, kterou čte elektronický rozprašovač obsahující alkohol. Jakmile je binární zpráva přečtena, postřikovač ji převede do řízené sady postřiků, kde "1" představuje sprej a "0" se rovná žádnému postřiku. Alkohol ve vzduchu je potom detekován přijímačem, který se skládá z chemického senzoru a mikrokontroléru. Přijímač přečte a převede binární data zpět na text před zobrazením na obrazovce.

Vědci byli schopni odeslat a přijmout zprávu "O Kanadě" přes několik stop otevřeného prostoru. Výsledkem je, že řada vědců vyjádřila důvěru v metodu. Domnívají se, že by to mohlo být užitečné v prostředích, jako jsou podzemní tunely nebo potrubí, kde se elektromagnetické vlny stanou zbytečnými.

3Computer Storage

Během posledních několika desetiletí počítače rostly exponenciálně jak v oblasti zpracovatelského výkonu, tak i kapacity paměti. Tento jev byl přesně předpovězen Jamesem Moorem před 50 lety a později se stal všeobecně známým jako Moorův zákon. Nicméně, mnoho vědců - včetně fyzik Michio Kaku - věří, že Moorův zákon se rozpadá. To je způsobeno tím, že počítačová síla nedokáže udržet krok s exponenciálním nárůstem stávajících výrobních technologií.

Ačkoli Kaku zdůrazňuje procesní výkon, stejný koncept platí i pro kapacitu paměti. Naštěstí to není konec cesty. Tým výzkumníků z univerzity RMIT v Melbourne nyní zkoumá alternativy. Vedená Dr. Sharathem Sriramem, tým je na pokraji vytváření paměťových zařízení, která napodobují způsob, jakým lidský mozek uchovává informace. Vědci provedli první krok a postavili nano film, který je chemicky navržen tak, aby zachoval elektrické náboje v on a off státech. Film, který je 10 000krát tenčí než lidský vlas, se může stát základním kamenem pro vývoj paměťových zařízení, která replikují neuronové sítě mozku.

2Nano Art

Slibný vývoj nanotechnologie získal velký obdiv od vědecké komunity. Průlomy v oblasti nanotechnologie se nicméně již neomezují na medicínu, biologii a inženýrství. Nano umění je vznikající pole, které nám umožňuje sledovat ten malý svět pod mikroskopem z úplně nové perspektivy.

Jak naznačuje jeho jméno, nano umění je kombinací umění a nanověd, kterou praktikuje malý počet vědců a umělců. Mezi nimi je John Hart, strojní inženýr z University of Michigan, který vytvořil nano portrét prezidenta Baracka Obamy. Portrét, který byl nazván Nanobama, byl vytvořen na počest prezidenta, když byl během prezidentských voleb v roce 2008 kandidátem. Každá obličej v Nanobame měří pouhých půl milimetru napříč a je zcela vytesán ze 150 nanotrub. Pro vytvoření portrétů vytvořil Hart nejprve kresbu řádku ikonického plakátu "Hope". Pak vytiskl výkres na skleněnou desku potaženou nanočásticemi potřebnými k pěstování nanotrubic. Při použití vysokoteplotní pece bylo jen otázkou času, kdy byl portrét připraven k fotografování.

1Record Breaking

Lidstvo se vždy snažilo vybudovat nejsilnější, nejrychlejší a největší věci. Ale pokud jde o vybudování nejmenší, objeví se nanotechnologie na jevišti. Mezi nejmenší věci, které byly kdy vytvořeny pomocí nanotechnologie, je kniha nazvaná Teeny Ted z révy který je v současnosti považován za nejmenší tištěnou knihu na světě. Vyrobeno v Nano Imaging Laboratory na Univerzitě Simon Fraser ve Vancouveru, Kanada, kniha měří pouhých 70 mikrometrů o 100 mikrometrech a je vyrobena z dopisů vyřezaných na 30 stranách krystalického křemíku.

Příběh knihy, napsaný Malcolm Douglasem Chaplinem, uvádí Teeny Ted a jeho triumf v soutěži oříšků na každoročním veletrhu. Bylo publikováno více než 100 kopií knihy. K nákupu jednoho z nich budete potřebovat hluboké kapse - jedna kniha stojí více než 15 000 dolarů. Elektronický mikroskop bude také požadován k jeho čtení, což ještě více zvyšuje náklady.