Нанотехнологии

 
Без проводов. Нанороботы управляются  магнитом

Внешне наноробот похож  на краба — у него есть «туловище» и три пары «клешней», которыми он цепляется за ткани и проводит все необходимые манипуляции. Впрочем, «клешни» раскрываются лишь когда робот добирается до цели — по организму он путешествует в виде гладкого шарика. Сам процесс движения обеспечивается благодаря магнитному испульсу. Конструкция робота содержит частицы никеля, врачи воздействуют на них с помощью магнитов, задавая направление движения зонда.

Нанороботы дешевы в  производстве, легко управляются  и абсолютно безвредны для  организма, констатирует Дэвид Гэрсиас, возглавляющий проект в университете Джона Хопкинса. По его словам, они могут стать отличной альтернативой традиционным хирургическим инструментам. Но самым большим их преимуществом является возможность проводить диагностику организма путем взятия клеточных проб без хирургических разрезов.

 

Нанотехнологии в металургии

Компания Battelle, один из крупнейших партнеров Министерства энергетики США, объявила о создании «умного» покрытия, которое поможет предотвращать  ржавление металлов. Покрытие само распознает места, в которых металл начал ржаветь, на самых ранних стадиях, когда процесс невозможно заметить невооруженным глазом.

Интеллектуальным это  покрытие делают нанотехнологии. Сотрудники лаборатории компании разработали  наноматериалы, которые взаимодействуют  с коррозией — вступая в  реакцию с ржавчиной, они начинают флюоресцировать. Опыты пока проводились только с алюминием, однако разработчики уверяют, что химический состав покрытия в будущем может быть адаптирован практически к любому виду металла.

Актуальность изобретения  в США ни у кого не вызвала вопросов. Только по оценка Министерства обороны США, коррозия оборудования, подконтрольного этому ведомству, ежегодно обходится в $10 млрд. Если покрытие, разработанное Battelle, получит широкое применение и позволит восстанавливать металлические конструкции еще до того, как коррозия станет видимой невооруженным глазом, экономия будет колоссальной.

А немецкие ученые из института  Фраунгофера разработали технологическую  линию, которая позволит печатать неорганические электронные компоненты по тому же принципу, по которому работают офисные принтеры. По словам руководителя проекта Михаэля Янка, в основе технологии лежат чернила из наночастиц.

Сегодня для производства микросхем повсеместно используется фотолитография — на подготовленную поверхность производится осаждение материалов, которые затем подвергаются воздействию света через маску-шаблон, благодаря рисунку которой удается засветить лишь необходимые участки схемы. При этом большая часть осаждаемых материалов не используется и затем удаляется путем травления. Учитывая в каких количествах современная промышленность производит электронные компоненты для различных видов компьютерной и бытовой техники, методика, которая позволила бы наносить материал только на участки, которые непосредственно формируют рисунок схемы, могла бы привести к многомиллиардной экономии в мировом масштабе.

Янк говорит, что компоненты произведенные по новой технологии обойдутся примерно вдвое дешевле  тех, которые производятся сегодня  по обычной технологии с использованием кремниевых материалов.

Замена нефти и газа

Возможность практически  бесконечного воспроизведения любой  конструкции при наличии сырья  и некоторого количества энергии  — весьма небольшого, как уверяют  ученые, - делает нанотехнологии универсальной  технологией будущего. КПД получения электроэнергии из солнечного света, например, в случае применения нанотехнологий может достигать 90% против 20% у применяемых сегодня солнечных панелей. Это не только решает проблему энергообеспечения самих нанороботов, но и открывает широкие перспективы для решения энергетических проблем человечества.

Возможность создания конструкций  на наноуровне изменит машиностроительную индустрию. Вернее, похоронит ее —  отпадет необходимость в промежуточных  машинах, которые необходимы для  создания других машин. Их заменят универсальные наноконструкторы, способные создать любое устройство на уровне атомов и молекул.

Нанотехнологии могут  обеспечить прорыв в освоении космоса, сделав возможным автоматическое строительство  и самосборку орбитальных станций и роботов для исследования других планет. Энергию нанороботы будут черпать из солнца, а сырье для работы будут брать в окружающей среде [3,c.13]

• Нанотехнолгии в военной промышленности

• США

В середине 1990-х годов Пентагон включил нанотехнологии в список шести стратегических областей фундаментальных исследований, что предопределило стабильное финансирование данной научной области на долгосрочный период.

В 2000 году президент Билл Клинтон объявил о начале реализации "Национальной нанотехнологической инициативы", и под программу стали интенсивно выделяться достаточно большие средства. В период с 2005 по 2008 годы на изыскания в этой области США выделили около 3,7 миллиарда долларов (включая и гражданские проекты).

В 2004 году был составлен  обновленный стратегический план "Национальной нанотехнологической инициативы", рассчитанный на период до 2015 года.

Он предусматривает  финансирование следующих направлений: фундаментальные нанометрические  явления и процессы; наноматериалы; нанометрические устройства и системы; исследование контрольно-измерительных приборов, метрология и нанотехнологические стандарты; производство наноизделий; создание специализированных лабораторий для проведения исследований и приобретение контрольно-измерительной аппаратуры.

Солдат будущего. Фото с сайта www.rangermade.us

Особую роль в достижении поставленных целей играет созданный  на базе Массачусетского технологического института Институт военно-прикладных нанотехнологий. Институт занимается разработкой экипировки и вооружения в рамках семи проектов, каждый из которых посвящен повышению возможностей "солдата будущего". Среди первых опытных образцов, созданных в рамках одного из проектов, необходимо отметить боевой бронежилет толщиной несколько миллиметров. Такая "динамическая броня" будет содержать сложные наномолекулярные соединения, благодаря которым новая форма будет одновременно совмещать в себе бронежилет, а также экзоскелет и универсальное медицинское оборудование.

Для повышения жесткости костюма к нановолокнам добавляются наночастицы, которые соединяются между собой и упрочняют общую структуру. Кроме того, добавление различных наночастиц к нановолокнам позволит изменить электропроводность. Таким образом, существует возможность создания отдельных проводящих участков костюма, обеспечивающих связь расположенных внутри него сенсоров с управляющей системой и передачу энергии к наноактюаторам экзоскелета.

Компания NanoTriton ведет  разработку новых материалов на основе нескольких полимеров, которые позволят защитить военнослужащего от пуль и осколков. В настоящее время ведутся разработки в направлении создания энергопоглощающих полимеров на основе жидких кристаллов. Ключевыми материалами для перспективного костюма военнослужащего будут нановолокна на основе полиуретана, а также нанополимеры.

Ведутся научно-исследовательские  и опытно-констукторские работы (НИОКР) в области создания нанокерамических материалов. В частности, при использовании  наноструктур из карбида кремния  удалось в три раза повысить жесткость материалов по сравнению с обычными изделиями из этого материала. На их основе выпускаются различные покрытия, в частности NanoTuf, которое состоит из наночастиц в растворе и в несколько раз увеличивает прочность пластика.

Кроме того, Пентагон ежегодно выделяет компании Inframat Corp. около двух миллиардов долларов в год на исследования "нанокраски", которая позволит менять цвет наподобие хамелеона, а также предотвратит коррозию и сможет "затягивать" мелкие повреждения на корпусе машины.

Ученые, которые занимаются созданием нанооружия, утверждают, что благодаря потенциалу наносборки и молекулярного конструирования  станет возможным создание невидимых  видов вооружения, которое будет  в десятки раз мощнее обычного оружия. Оно будет напоминать облако пыли, способное взорвать любой объект, в том числе и подземный.

 

"Умная пыль". Фото с сайта www.nanosvit.com

По мнению ряда зарубежных военных специалистов, разведка местности  с помощью "умных молекул" станет возможна уже через 7-10 лет. Облако "умной пыли" будет состоять из пылинок, представляющих собой часть системы наблюдения и анализа. Среди них будут видеокамеры с возможностью передачи информации, каналы связи, узлы обработки разведданных. Такой разведцентр, напоминающий небольшое дымное облако, должен самостоятельно перемещаться и обладать высокой степенью живучести и защищенности.

Несмотря на широкое  распространение информации о достижениях  США в области нанотехнологий, теоретические наработки, принципы создания новых материалов и практические результаты их исследований держатся в строжайшем секрете. По мнению американских военных специалистов, технологический прорыв в области нанотехнологий предоставит США небывалые военно-политические преимущества как над предполагаемым противником, так и над своими союзниками.

• Израиль

Боевой робот-шершень. Фото с сайта www.elementy.ru

Израильские специалисты  работают над несколькими военными проектами, в которых предполагается использование нанотехнологий. Один из самых амбициозных - боевой робот-шершень.

Предполагается, что такой  летательный аппарат будут использовать для обнаружения и уничтожения  противника на поле боя, в первую очередь  в районах жилой застройки. Шершень  планируется оборудовать видеокамерой, которая позволит передавать картинку на пункт управления войсками, также он сможет нести на себе заряд взрывчатки.

Помимо боевых нанороботов, израильские ученые разрабатывают  систему микродатчиков, которые  можно будет разбрасывать на территории противника, чтобы с их помощью  в режиме реального времени получать всевозможную информацию о происходящем на месте.

Также в Израиле идут исследования, направленные на создание новых видов индивидуальной защиты военнослужащих. Ученые создают легкий и суперпрочный материал для производства специальной одежды для бойцов, которая призвана заменить тяжелые бронежилеты. В настоящее время в городе Кирьят-Гате построен завод стоимостью более 3,5 миллиарда долларов для разработки и производства подобных материалов.

• Великобритания

Micromechanical Flying Insect. Фото с сайта www.static.howstuffworks.com

Наиболее интересным нанопроектом в Великобритании является MFI (Micromechanical Flying Insect - механическое летающее насекомое). В рамках программы предполагается создание микроробота-шмеля. Доктор Джон Баркер, профессор Центра исследований в области наноэлектроники в Глазго, уже создал математическую модель процесса собирания микроустройств в стаи и обмена информацией между ними для совместных действий.

Ведутся разработки моделей  боевого применения групп MFI в различных видах боя. Планируется, что себестоимость таких насекомых составит около 10 центов, а производить их будут так называемые "нанофабрики" прямо на поле боя.

• Китай

В настоящее время  в Китае насчитывается около 800 компаний, занимающихся внедрением нанотехнологий, и более 100 научно-исследовательских лабораторий. Характер их работы традиционно остается закрытым. Однако не исключено, что большинство из них ориентировано на удовлетворение нужд оборонно-промышленного комплекса. Наибольший интерес у китайских военных вызывают микрочипы, способные повышать живучесть личного состава при применении противником оружия массового поражения.

• Россия

Для реализации различных  проектов в области нанотехнологий в России создана госкорпорация "Роснанотех", разработана "Стратегия развития нанотехнологической отрасли". Согласно этому документу, на развитие "наноиндустрии" к 2015 году будет выделено 180 миллиардов рублей. Освоение средств возложено на "Роснанотех", работающий под контролем правительства. При этом "Роснанотех" выведен из-под действия закона о банкротстве. Таким образом, созданы оптимальные условия для реализации нанопроектов.

Основными направлениями  исследований российских ученых являются создание высокопрочных материалов (в частности, "жидкая броня"), мощных энергоисточников ("аморфный кремний", над которым работает НПП "Квант"), невидимых и меняющих цвет нанообъектов, наноматериалов для униформы военнослужащих, новой защиты от оружия массового поражения и других [4,20].

Нанотехнологии  в Медицине

 
- Упорядоченные одним образом, атомы составляют дома и свежий воздух; упорядоченные другим, они образуют золу и дым.