Нано — это нуно
Представляете, если люди начнут жить по 170 лет? В этом случае человечество уже неизбежно испортит квартирный вопрос. Вот раньше, например, как врачи об этом заботились (в смысле, о кв. вопросе)? Прописывали кокаин, табак, кофе, делали кровопускания, лечили мелом. А после? Советские поликлиники — это же самые сливки, м-м, впрочем, и сейчас такого много. И что нам предлагают эти горе-ученые, эти нанотехнологически помешанные? Жить до 170 лет? А нас спросили? Может, мы хотим этим мелом… кокаином… советскими поликлиниками… Давайте разбираться…
А если серьезно, то нанотехнологии — это наш задел на будущее, вернее, это и есть наше будущее. Это касается всех сфер — от здравоохранения до компьютеров и освоения космоса. Кстати, не очень сильно их, эти нанотехнологии, хотят и развивать на самом деле — точно так же, как и альтернативные виды топлива, например. Это, конечно, личная оценка, но… Если найдут замену нефти, то мировая экономика может и рухнуть. К ученым нужно относиться очень осторожно. И вообще, в последнее время то, что с помпой, то потом громко падает. Например, клонирование. Поэтому лучше ученым "затихариться" — в новостях и научных журналах публикуются материалы о том, что работы идут, и-и… хорошо. А где-то во вселенной есть жизнь, а где-то у ученых есть нанотехнологии. Прекрасно! Чжун Линь Ван (Zhong Lin Wang) из Технологического института Джорджии изобрел нанобатарейку, которая в поперечнике всего несколько миллиметров.
Nanogenerator — ковер-сэндвич
Электричество она вырабатывает за счет вибрации из окружающей среды. Называется сие изобретение Nanogenerator, мощность его измеряется пиктоваттами. И правильно! Нанотехнологии — пиктоватты. Структура устройства достаточно проста в объяснении — ключевыми элементами являются мириады нанопроводинков из оксида цинка, которые одновременно служат как проводниками, так и пьезоэлектриками. А что такое пьезоэлектрики? Правильно, преобразователи механической деформации в импульсы электрического тока. Множество нанопроводков синтетически выращивается и растет вертикально на некоторой подложке (название "ковер" подходит как нельзя лучше), а сверху над ними электрод с пилообразными выступами. Таким образом, если он начинает вибрировать, то отклоняет верхушки нанопроводков, появляется ток. Изначально перед тем, как само устройство спроектировать, на нанопроводки оказывали воздействие с помощью атомного силового микроскопа. А когда уже был готов рабочий прототип, достаточно было опустить его в воду и воздействовать ультразвуком. В результате Nanogenerator выдавал постоянный ток в 0,4-0,5 наноампера при напряжении около 0,5 милливольта. И это при том, что ученый отмечает очень малое количество нанопроводков, задействованных в процессе. Их оказалось около 1000, что составляет примерно 1% от общего количества. Поэтому сейчас стоит задача усовершенствования алгоритма, и главным образом нужно научиться выращивать нанопроводки одной длины, и желательно параллельно друг другу, что пока представляется сложным. Вторая существенная проблема — Nanogenerator перестает работать после часа функционирования. И причины этому явлению пока не нашли.
Внутреннее убранство Nanogenerator'а
Но… почему мы так заостряем на этом внимание? Дело в том, что системы питания для нанороботов — это самая проблемная часть. Да, читая об устройствах, которые могут перемещаться по сосудам и получать питание от переработки элементов крови, можно найти в этом здравое зерно, но пока это только новости науки. Хотя сама идея насчет управления кровяным давлением и практически механической очистки стенок сосудов очень заманчива. Но… систем питания пока нет. А так — хоть сейчас запускай! Не так давно мы могли прочитать о супертонкой нанокоже FILMskin, которая может "чувствовать" температуру, давление, при этом обладая прекрасными эластичными свойствами. Она, что очень немаловажно, не отторгается человеческим организмом, и с помощью "нанопроводов" может проводить электрический ток — читай: нервные импульсы. То есть это готовый материал для медицины. Но он сейчас еще не разработан до конца. До конца не разработана еще одна очень интересная идея — ИК-наноантенны, которыми занимаются исследователи из Национальной лаборатории Айдахо в сотрудничестве со специалистами из американской компании MicroContinuum и Университета Миссури. Это не просто антенна, а небольшая электростанция, состоящая из специальных проводящих "узоров-завитков" микро- и нанометрового размеров. Каждая из спиралей имеет поперечник в 1/25 диаметра человеческого волоса (от 2 до 4 микрометров). Соответственно, мы можем получить взаимодействие с длинами волн ИК-диапазона. А это не только часть солнечного спектра, но и, например, в ночной период ИК-лучи от земли, зданий, асфальта и т.п., которые были нагреты днем. Ученые говорят об очень высоком КПД, который невозможен для обычных солнечных батарей при низкой себестоимости продукта. Причем сама "электростанция" может быть достаточно большой по размерам и включать в себя миллиарды таких антенн. Пока же на уровне компьютерных моделей рассчитываются различные варианты и решаются проблемы, а их, собственно, две: 1) антенны могут воздействовать друг на друга, что нежелательно, и 2) ток получается переменным очень большой частотой. Например, на том прототипе, что был продемонстрирован в феврале этого года, она равнялась порядка 10 терагерц. Как получить постоянный? Над этим думают. Причем, что интересно, о прототипе… Он был сделан на обычной пленке, в которой ученым принесли упаковку журналов. На окончательную доводку технологии ученые рассчитывают отвести полгода.
***
ИК-наноантенна. Собираем электричество
Причем все, что касается нанотехнологий, обычно ассоциируется с понятием "вот-вот", только нет ничего в реале. Не получается сделать. Причем даже на уровне обычных проводников. Например, ученые уже долгое время ломают голову над проблемами нейрохирургии, а именно внедрения электродов в мозг. Дело в том, что они металлические и оказывают повреждение не только непосредственно в сам момент внедрения, но и все последующее время нахождения в мозге. Все-таки как ни крути, а жесткий металлический предмет. В результате нервной системе наносится большой вред. Для решения проблемы собралась команда ученых из разных сфер и учрежений, а именно биологи, химики и медики из исследовательского коллектива медицинского центра Кливлендского совета ветеранов Луи Стокса и Университета Кейс Вестерн Резерв. Решение подсказал… морской огурец. В обычном состоянии он очень мягкий, как обычный червь, но когда ему что-то угрожает, наш морской огурец становится жестким. Это происходит благодаря свойствам коллагеновых волокон плюс специальному веществу, которое заставляет затвердевать мягкие ткани. Подсмотрев это явление у природы, ученые несколько изменили приоритеты и создали схожий материал из полимера, который в жидкости становится мягким.
Полимер, на который вдохновил… э-эх, морской огурец
От природы заимствован еще один интересный материал, который должен появиться опять же "вот-вот". Речь идет о клеящемся материале geckel — от английских слов gecko ("геккон") и mussel ("мидия"). Понимаете, о чем речь. Гекконы могут передвигаться по вертикальным поверхностям благодаря особому природному механизму — крошечным волоскам, каждый из которых плотно присоединяется к поверхности за счет молекулярных связей. Суммарно они дают великолепный "крепежный" эффект. Кстати, это есть не только у гекконов, но и у некоторых насекомых — например, мух. С пауками лучше не сравнивать, поскольку недавно выяснено, что они приклеиваются лапками к поверхности. Кстати, эти исследования насчет пауков очень сильно покоробили некоторых исследователей из NASA, которые рассчитывали космические устройства для освоения других планет исходя из того принципа, что пауки обладают великолепной конструкцией для преодоления сложных препятствий. Но вернемся к нашему материалу. Вариант с гекконами не так хорош в случаях, когда мы имеем дело с водой. То есть достаточно этой ящерице намочить лапы, как она сразу же теряет свои универсальные свойства. Точно такой же эффект вы можете получить, если попробуете склеить две намоченные поверхности. Универсальный же клей есть у мидий. Но он настолько прочный, что потом две поверхности очень трудно разъединить. Совместить оба природных ноу-хау решил доктор Филипп Мессерсмит, материаловед из Северо-западного университета (Northwestern University). Причем сделал он это синтезированным способом благодаря кремниевым колоннам (высота каждой 400 нм и высота 600 нм), на матрицу из которых был нанесен слой специального белка. В результате была создана суперклеящаяся поверхность, которую рассчитывается применять и в медицине. Как минимум для тех же пластырей, которые можно без проблем использовать и под водой.
В завершение
Г+М= суперклеящаяся поверхность
Конечно, новинок в этой области масса, но большинство существуют пока только в виде компьютерных моделей. Да, компьютеры помогают в создании будущего, которого невооруженным глазом мы как-то и не увидим.
Кристофер, christopher@tut.by
А если серьезно, то нанотехнологии — это наш задел на будущее, вернее, это и есть наше будущее. Это касается всех сфер — от здравоохранения до компьютеров и освоения космоса. Кстати, не очень сильно их, эти нанотехнологии, хотят и развивать на самом деле — точно так же, как и альтернативные виды топлива, например. Это, конечно, личная оценка, но… Если найдут замену нефти, то мировая экономика может и рухнуть. К ученым нужно относиться очень осторожно. И вообще, в последнее время то, что с помпой, то потом громко падает. Например, клонирование. Поэтому лучше ученым "затихариться" — в новостях и научных журналах публикуются материалы о том, что работы идут, и-и… хорошо. А где-то во вселенной есть жизнь, а где-то у ученых есть нанотехнологии. Прекрасно! Чжун Линь Ван (Zhong Lin Wang) из Технологического института Джорджии изобрел нанобатарейку, которая в поперечнике всего несколько миллиметров.
Электричество она вырабатывает за счет вибрации из окружающей среды. Называется сие изобретение Nanogenerator, мощность его измеряется пиктоваттами. И правильно! Нанотехнологии — пиктоватты. Структура устройства достаточно проста в объяснении — ключевыми элементами являются мириады нанопроводинков из оксида цинка, которые одновременно служат как проводниками, так и пьезоэлектриками. А что такое пьезоэлектрики? Правильно, преобразователи механической деформации в импульсы электрического тока. Множество нанопроводков синтетически выращивается и растет вертикально на некоторой подложке (название "ковер" подходит как нельзя лучше), а сверху над ними электрод с пилообразными выступами. Таким образом, если он начинает вибрировать, то отклоняет верхушки нанопроводков, появляется ток. Изначально перед тем, как само устройство спроектировать, на нанопроводки оказывали воздействие с помощью атомного силового микроскопа. А когда уже был готов рабочий прототип, достаточно было опустить его в воду и воздействовать ультразвуком. В результате Nanogenerator выдавал постоянный ток в 0,4-0,5 наноампера при напряжении около 0,5 милливольта. И это при том, что ученый отмечает очень малое количество нанопроводков, задействованных в процессе. Их оказалось около 1000, что составляет примерно 1% от общего количества. Поэтому сейчас стоит задача усовершенствования алгоритма, и главным образом нужно научиться выращивать нанопроводки одной длины, и желательно параллельно друг другу, что пока представляется сложным. Вторая существенная проблема — Nanogenerator перестает работать после часа функционирования. И причины этому явлению пока не нашли.
Но… почему мы так заостряем на этом внимание? Дело в том, что системы питания для нанороботов — это самая проблемная часть. Да, читая об устройствах, которые могут перемещаться по сосудам и получать питание от переработки элементов крови, можно найти в этом здравое зерно, но пока это только новости науки. Хотя сама идея насчет управления кровяным давлением и практически механической очистки стенок сосудов очень заманчива. Но… систем питания пока нет. А так — хоть сейчас запускай! Не так давно мы могли прочитать о супертонкой нанокоже FILMskin, которая может "чувствовать" температуру, давление, при этом обладая прекрасными эластичными свойствами. Она, что очень немаловажно, не отторгается человеческим организмом, и с помощью "нанопроводов" может проводить электрический ток — читай: нервные импульсы. То есть это готовый материал для медицины. Но он сейчас еще не разработан до конца. До конца не разработана еще одна очень интересная идея — ИК-наноантенны, которыми занимаются исследователи из Национальной лаборатории Айдахо в сотрудничестве со специалистами из американской компании MicroContinuum и Университета Миссури. Это не просто антенна, а небольшая электростанция, состоящая из специальных проводящих "узоров-завитков" микро- и нанометрового размеров. Каждая из спиралей имеет поперечник в 1/25 диаметра человеческого волоса (от 2 до 4 микрометров). Соответственно, мы можем получить взаимодействие с длинами волн ИК-диапазона. А это не только часть солнечного спектра, но и, например, в ночной период ИК-лучи от земли, зданий, асфальта и т.п., которые были нагреты днем. Ученые говорят об очень высоком КПД, который невозможен для обычных солнечных батарей при низкой себестоимости продукта. Причем сама "электростанция" может быть достаточно большой по размерам и включать в себя миллиарды таких антенн. Пока же на уровне компьютерных моделей рассчитываются различные варианты и решаются проблемы, а их, собственно, две: 1) антенны могут воздействовать друг на друга, что нежелательно, и 2) ток получается переменным очень большой частотой. Например, на том прототипе, что был продемонстрирован в феврале этого года, она равнялась порядка 10 терагерц. Как получить постоянный? Над этим думают. Причем, что интересно, о прототипе… Он был сделан на обычной пленке, в которой ученым принесли упаковку журналов. На окончательную доводку технологии ученые рассчитывают отвести полгода.
***
Причем все, что касается нанотехнологий, обычно ассоциируется с понятием "вот-вот", только нет ничего в реале. Не получается сделать. Причем даже на уровне обычных проводников. Например, ученые уже долгое время ломают голову над проблемами нейрохирургии, а именно внедрения электродов в мозг. Дело в том, что они металлические и оказывают повреждение не только непосредственно в сам момент внедрения, но и все последующее время нахождения в мозге. Все-таки как ни крути, а жесткий металлический предмет. В результате нервной системе наносится большой вред. Для решения проблемы собралась команда ученых из разных сфер и учрежений, а именно биологи, химики и медики из исследовательского коллектива медицинского центра Кливлендского совета ветеранов Луи Стокса и Университета Кейс Вестерн Резерв. Решение подсказал… морской огурец. В обычном состоянии он очень мягкий, как обычный червь, но когда ему что-то угрожает, наш морской огурец становится жестким. Это происходит благодаря свойствам коллагеновых волокон плюс специальному веществу, которое заставляет затвердевать мягкие ткани. Подсмотрев это явление у природы, ученые несколько изменили приоритеты и создали схожий материал из полимера, который в жидкости становится мягким.
От природы заимствован еще один интересный материал, который должен появиться опять же "вот-вот". Речь идет о клеящемся материале geckel — от английских слов gecko ("геккон") и mussel ("мидия"). Понимаете, о чем речь. Гекконы могут передвигаться по вертикальным поверхностям благодаря особому природному механизму — крошечным волоскам, каждый из которых плотно присоединяется к поверхности за счет молекулярных связей. Суммарно они дают великолепный "крепежный" эффект. Кстати, это есть не только у гекконов, но и у некоторых насекомых — например, мух. С пауками лучше не сравнивать, поскольку недавно выяснено, что они приклеиваются лапками к поверхности. Кстати, эти исследования насчет пауков очень сильно покоробили некоторых исследователей из NASA, которые рассчитывали космические устройства для освоения других планет исходя из того принципа, что пауки обладают великолепной конструкцией для преодоления сложных препятствий. Но вернемся к нашему материалу. Вариант с гекконами не так хорош в случаях, когда мы имеем дело с водой. То есть достаточно этой ящерице намочить лапы, как она сразу же теряет свои универсальные свойства. Точно такой же эффект вы можете получить, если попробуете склеить две намоченные поверхности. Универсальный же клей есть у мидий. Но он настолько прочный, что потом две поверхности очень трудно разъединить. Совместить оба природных ноу-хау решил доктор Филипп Мессерсмит, материаловед из Северо-западного университета (Northwestern University). Причем сделал он это синтезированным способом благодаря кремниевым колоннам (высота каждой 400 нм и высота 600 нм), на матрицу из которых был нанесен слой специального белка. В результате была создана суперклеящаяся поверхность, которую рассчитывается применять и в медицине. Как минимум для тех же пластырей, которые можно без проблем использовать и под водой.
В завершение
Конечно, новинок в этой области масса, но большинство существуют пока только в виде компьютерных моделей. Да, компьютеры помогают в создании будущего, которого невооруженным глазом мы как-то и не увидим.
Кристофер, christopher@tut.by
Компьютерная газета. Статья была опубликована в номере 14 за 2008 год в рубрике технологии
