Biosoft


Institutul de tehnologii bioinformationale

Nanotehnologia

Cercetările în domeniul tehnologiilor la nivel atomic au fost finanţate cu două miliarde de dolari în 2007. Succesele obţinute au fost atat de uluitoare încat, în anul 2008, se vor aloca acestui domeniu peste 150 miliarde de dolari. Se apropie ziua în care soldaţii vor purta costume capabile să respingă efectul exploziilor, iar prin corpul nostru vor circula armate de anticorpi computerizaţi. Atunci vom avea haine care vor curăţa aerul pe care îl respirăm şi miliarde de roboţi cat firul de praf vor cotrobăi prin tot Sistemul Solar pentru noi. Toate aceste miracole vor fi opera nanotehnologiilor.

Specialiştii acestui nou domeniu vorbesc despre munca lor cu multă seriozitate, dar invenţiile pe care le fac sunt atat de minunate, încat adeseori nu le sunt luate în seamă pentru că sună incredibil. Chiar cuvantul în sine, “nanotehnologie”, are un aer exotic, ce sugerează inginerii neverosimile, greu de înţeles. Şi totuşi. Pentru că miracolele la nivel atomic vor reprezenta cea mai mare schimbare a acestui secol, subiectul merită să fie privit cu mai multă atenţie.

Mic, dar cat de mic?

Nanotehnologia este ştiinţa de a realiza obiecte lucrand la scara atomilor. Materia primă e alcătuită chiar din atomi şi, prin anumite metode, ei sunt “obligaţi” să formeze grupuri ce dau calităţi speciale materialelor. Apoi, realizand structuri mecanice din moleculele create se pot obţine nanoroboţi, capabili să execute anumite sarcini, conform unui program.

Nanomaterialele au dimensiuni cuprinse între 0,1 şi 100 de nanometri. Cat de mic este un nanometru? Păi este un metru împărţit la un miliard. Această dimensiune este greu de imaginat. Dar dacă am mări nanometrul pană l-am face cat un varf de ac, atunci un metru ar deveni o mie de kilometri. Pentru comparaţie, o moleculă ADN are doi nanometri diametru, atomii au între 0,1 şi 0,2 nanometri, iar o celulă roşie din sange are un diametru de 7.000 de nanometri.

Cum se lucrează cu atomii

Deocamdată nu există o metodă unică de lucru. Fiecare savant îşi inventează propria lui nanotehnologie. De pildă, pentru a izola celulele canceroase, cercetătorii de la Universitatea din Michigan au dezvoltat o metodă care foloseşte pe post de “mijloace de transport” anumite bucăţi din moleculele ADN. Aceste porţiuni se numesc dendrimeri. Alte metode presupun schimbarea calităţii unor materiale folosind nanotuburi.

Acestea sunt construite din sfere create din 60 de atomi de carbon, numite buckminsterfullerene sau, mai simplu, buckyballs. Materialele care conţin sferele “bucky” sunt de şase ori mai uşoare şi de o sută de ori mai rezistente decat oţelul. În prezent, savanţii estimează că în fiecare zi se inventează cel puţin o nouă nanotehnologie.

Eliminarea cancerului folosind nanotehnologia

Pentru a ucide celulele canceroase fără să fie afectate cele sănătoase, medicii au inventat metoda “calului troian nanometric”. Calul este o porţiune de ADN (dendrimer), care are la capete două grupuri de atomi. Un capăt va fi “înglobat” de celula canceroasă, pentru că are caţiva atomi aşezaţi exact ca cei din membrana ei. Cel de-al doilea capăt, care conţine substanţa fluorescentă, rămane suspendat în afară, precum o antenă. Celulele sănătoase nu absorb dendrimerii, deci nu vor fi marcate. Apoi, raza laser, direcţionată precis de antena fluorescentă, va ucide numai celulele canceroase.

Bilele Bucky

Bilele BuckyFizicianul Richard Feynman e primul om care a vorbit despre tehnologiile la nivel molecular. Era anul 1959 şi puţini au înţeles cum s-ar putea scrie Enciclopedia britanică pe un varf de ac. În 1985, doi savanţi din Anglia au realizat sfere din cate 60 de atomi de carbon, care semănau cu Domul proiectat de arhitectul Buckminster Fuller. Ei le-au numit „buckminsterfullerene”, dar toată lumea le spune bile bucky. Ele sunt de şase ori mai uşoare şi de o sută de ori mai rezistente decat cel mai bun oţel. Bilele bucky pot fi aglomerate sub formă de cilindri, numiţi “nanotuburi”. Din nanotuburi se fac fibre, ce pot fi incluse în diverse materiale, care devin incredibil de rezistente.

Armura pentru soldaţii „Robocop”

Războinicul bionic este deja un concept accesibil, care a fost popularizat de filmele SF. Totuşi, ceea ce şi-a propus armata americană e cat se poate de real. Conform proiectului „Robocop”, pană cel mai tarziu în anul 2020, toţi soldaţii vor fi îmbrăcaţi în „armuri nanometrice”, realizate din materiale ce conţin fibre din nanotuburi. Noile echipamente îi vor apăra de orice glonţ şi de efectele devastatoare ale exploziilor. Pe corpul soldatului se vor afla peste o mie de senzori nanometrici, care vor sesiza în timp util apropierea unui glonţ sau a unui şrapnel, iar apoi vor „comanda” costumului să se „întărească” în zona probabilă de impact.

Această tehnologie implică faptul că fiecare centimetru pătrat de material va conţine senzori şi mecanisme de „întărire”, prin repoziţionarea nanotuburilor. Uniformele duale, care vor putea fi alternativ flexibile ca orice panză sau mai rezistente decat kevlarul, vor putea trece dintr-o stare în alta şi la comanda verbală a purtătorului. Şi asta nu e tot. Acelaşi material va putea imita culorile mediului atat de bine încat, în cateva fracţiuni de secundă, soldatul va deveni aproape invizibil de la distanţă.

Casca protectoare a capului va fi chiar mai rezistentă decat hainele şi, în plus, va fi dotată cu sisteme de extindere a acuităţii vizuale şi auditive, plus un translator automat al cuvintelor, rostite de militar în limba engleză, în orice limbă vorbită pe Terra. Dacă adăugăm sistemele de night-vision, cu infraroşii, e limpede că vom avea de-a face cu un veritabil robot miniatural. Toată aparatura va fi realizată cu ajutorul nanotehnologiei, pentru ca, în ciuda complexităţii tehnice, casca să rămană uşoară şi confortabilă.

ARME

Mitraliere cu patru ţevi şi sistem de ghidare prin laser, realizate din nanotuburi, care folosesc muniţie de mai multe tipuri

CAMUFLAJ

Materialul din nanofibre al uniformei se va colora precum mediul ambiant, iar soldatul va deveni invizibil de la distanţe mari.

SUPRA-OAMENI

Exoscheletul pe care este construit costumul are articulaţii pneumatice care vor accelera mersul militarului şi îi vor permite acestuia să ridice şi să transporte cu uşurinţă greutăţi foarte mari, muşchii suportand doar 10% din efortul necesar.

CASCĂ

Dotată cu vedere stereoscopică şi night-vision, casca este capabilă să proiecteze informaţii şi scheme pe interiorul vizorului. Acesta nu poate fi penetrat de gloanţe.

HAINE INTELIGENTE

Hainele sunt prevăzute cu senzori care estimează zona unde va lovi glonţul şi apoi, cu ajutorul unui mecanism special, reorientează nanotuburile, devenind mai rezistente decat Kevlarul în locul vizat.

Haine inteligente pentru oricine

Nanotuburile pot fi incluse în ţesăturile obişnuite. Singura problemă e că, o vreme, vor costa cam mult. Deja există materiale realizate cu nanotuburi, care costă 10.000 de dolari metrul. Este vorba de ţesături de mătase acoperite cu nanofibre ce conţin aur, care arată exact ca o ţesătură făcută din fir de aur, dar are toate calităţile mătăsii. Şi fibra de bumbac poate fi acoperită cu nanotuburi din argint, prin simpla atracţie dintre sarcinile pozitive ale bumbacului şi ionii negativi de argint.

De ce ţesături cu argint? Pentru că acest metal are reale calităţi antibacteriene şi antivirotice, fiind capabil să cureţe inclusiv aerul care trece printr-o astfel de ţesătură. Prezenţa nanotuburilor de argint nu va permite murdărirea materialului, pentru că de el nu se va putea „agăţa” nicio celulă moartă de piele, niciun fir de praf, nicio bacterie şi nici măcar un virus.

De pete nici nu va mai fi vorba! Cei care au realizat acest material spun că el nu trebuie neapărat să aibă aparenţă metalică, aspectul fiind dual, prin poziţionarea diferită a fibrelor din nanotuburi. Toate casele vor avea în curand perdele cu nanotuburi de argint, care vor ioniza aerul şi vor reduce poluarea pană aproape de zero.

Cucerirea spaţiului cosmic cu ajutorul roboţilor minusculi

Pentru fiecare 100 de nanocomputere va fi lansat şi cate unul capabil să funcţioneze ca server, care le va coordona pe celelalte şi va transmite, prin unde radio, informaţii către PămantUn grup de cercetători de la Universitatea din Glasgow a reuşit să construiască nişte dispozitive nanometrice, dotate cu aparatură foarte sofisticată, care pot transmite prin unde radio informaţii meteo şi audio-video la distanţe comparabile cu distanţa dintre Pămant şi celelalte planete ale Sistemului Solar.

Aceste dispozitive urmează să fie lansate cu sutele de mii pe cate o planetă. Unele dintre ele vor avea rol de server, celelalte funcţionand precum computerele într-o reţea wireless. Nanocomputerele au fost deja realizate de către Centrul de Cercetare Nanoelectronică din Glasgow, iar „praful inteligent” este gata să fie lansat în spaţiu.

Cu ajutorul unor navete spaţiale, reţelele de spioni nanometrici vor fi lansate mai întai în atmosferele planetelor alăturate, Marte şi Venus, iar în următorii ani şi pe celelalte planete ale Sistemului Solar. Pe fiecare planetă, reţeaua va fi „distribuită” de vant, fiind – de fapt – în continuă mişcare, în funcţie de condiţiile atmosferice.

Aripa portantă a dispozitivelor a fost realizată după modelul seminţelor de păpădie – care pot zbura, la propriu, la cea mai mică adiere. Stratul de polimer dublat cu nanotuburi, care protejează nanocomputerele, este foarte rezistent la intemperii şi numai dacă se vor scufunda în lavă acestea vor fi distruse. Pe apă, plutesc exact ca firele de praf.

Nanodoctori, în 30 de ani

Cum ar fi să putem înghiţi un doctor mic de tot, care să poată călători prin sange pană la orice celulă bolnavă a corpului? Nanodoctorul s-ar putea pricepe la toate: să ofere medicaţie, să extirpe tumori, să facă analize şi să „pună umărul” la reconstrucţia ţesuturilor distruse accidental. Deşi pare ficţiune, aceşti roboţi medicali pot fi realizaţi prin nanotehnologie. „Medicamentele pe care le facem azi sunt foarte puţin eficiente din cauza măsurilor de precauţie. Cand facem un antibiotic, destinat uciderii bacteriilor, trebuie să avem grijă ca el să nu ucidă şi celulele corpului nostru.

Un nanorobot, capabil să administreze otrava numai bacteriilor pe care le vizăm, ar simplifica mult lucrurile”, spune Ottilia Saxl, directorul executiv al Institutului pentru Nanotehnologii din SUA. Bolile vor putea fi diagnosticate înainte ca omul să simtă primele neplăceri, ceea ce ar simplifica şi mai mult tratarea lor. Organele umane care suferă „avarii” de uzură, precum ficatul, rinichii şi creierul, vor putea fi ajutate să-şi refacă celulele distruse.

Nanoroboţii vor putea plasa celule stem exact la locul „dezastrului” şi apoi, după ce ele se vor multiplica – transformandu-se într-un ţesut identic celui care trebuie să fie înlocuit, tot roboţii vor opri procesul, pentru a evita apariţia de tumori. Nanoroboţi atat de complecşi vom avea peste numai 30 de ani.


January 14th, 2010
Topic: Articole Tags: None

One Response to “Nanotehnologia”

  1. Diana Says:

    Suntem la granita imaginarului.. Nanotehnologiile sunt un domeniu de vis. Oare avem asa ceva in Romania?

≡ Leave a Reply