Apakah Nanoteknologi - Contoh, Aplikasi Masa Depan & Risiko

Segala-galanya yang bersifat fizikal - manusia, tumbuh-tumbuhan, mineral, udara - terdiri daripada kombinasi atom dan molekul terikat sama ada dengan bentuk atau caj elektronik. Memanipulasi atom pada skala nano secara teorinya membolehkan manusia mereproduksi segalanya dari berlian ke makanan.

Walaupun manfaat teknologi sedemikian tidak banyak, ia telah mencetuskan keprihatinan yang besar di kalangan beberapa yang manipulasi molekul secara tidak sengaja membawa lebih banyak masalah daripada penyelesaian - sehingga, dan termasuk, kepupusan manusia. Pertubuhan seperti Friends of the Earth of Australia, individu yang berpindah ke Savagery di Mexico, dan Persatuan Pengguna Organik di Amerika secara aktif menentang sebarang pembangunan projek skala nano.

Apakah "Skala" dan Mengapa Penting?

Nanoteknologi adalah sains yang berkaitan dengan manipulasi benda pada skala atom, molekul, dan supramolekul - dengan kata lain, jauh lebih kecil daripada apa yang dapat dilihat oleh mata telanjang. Setiap nanometer adalah satu bilion meter - kira-kira panjang kuku tumbuh dalam satu saat. Untuk meletakkannya dalam perspektif, rambut manusia adalah kira-kira 80,000 hingga 100,000 nanometer lebar, sel darah merah adalah 2,500 nanometer, dan sehelai DNA manusia adalah 2.5 nanometer diameter.

Ia hanya melalui pembangunan instrumen ketepatan yang luar biasa, seperti mikroskop pengimbasan terowong dan mikroskop berkuasa atom, bahawa nanoteknologi telah menjadi mungkin. Janji dan risikonya timbul dari pemahaman kita tentang fizik kuantum, yang berkaitan dengan objek ultra-kecil. Yang menghairankan, tingkah laku bahan pada nanoscale sering bertentangan dengan sifatnya pada skala yang lebih besar.

Sebagai contoh, bahan dalam bentuk pukal yang tidak boleh membawa cas elektrik - penebat - boleh menjadi semikonduktor pada tahap nano, sama seperti titik lebur dan sifat fizikal lain mungkin berubah. Coke aluminium boleh digali ke dalam serbuk 20 hingga 30 nanometer secara spontan boleh menyala di udara - sebuah harta yang menjadikannya pemangkin bahan api roket. Begitu juga, kedua-dua berlian dan grafit dalam pensil diperbuat daripada karbon, tetapi ia mempunyai sifat yang sangat berbeza kerana cara ikatan atom karbon.

Terminologi Nano

Oleh kerana sains telah berkembang di medan "nano", begitu juga istilah. Berikut adalah beberapa definisi asas:

Nanoteknologi: Mana-mana teknologi, termasuk proses industri dan kimia tradisional, yang melibatkan struktur antara satu dan 100 nanometer, dengan sifat-sifat baru. Lapisan nanoteknologi telah digunakan untuk membuat pakaian dengan serat tahan noda dan losyen pelindung matahari yang berprestasi tinggi, sebagai contoh.
Nanofactories: Pada nanoscale, setiap kaedah pembuatan hanyalah cara untuk mengatur atom. Juga dikenali sebagai "penghancur molekul," nanofactories adalah unit-unit pembuatan kecil sistem tertutup yang bergerak, menggabungkan, dan memanipulasi molekul reaktif untuk membina struktur fizikal dan biologi kompleks - dari mineral, ke organ dan tulang manusia. Satu sel manusia adalah contoh sempurna dari unit pembuatan molekul biologi, atau nanofactory, yang membaca bahan genetik digital (DNA) untuk membimbing proses gabungan. John Burch dari Institut Foresight meramalkan bahawa aplikasi kejuruteraan dan pembuatan molekul biologi perlu berkembang dan berkembang pesat menjelang pertengahan abad ke-21.
Nanobots: Ini adalah produk-produk nanofactories, tetapi tidak dijangka dapat direplikasi sendiri atau diarahkan. Nanobot jatuh di persimpangan nanoteknologi dan robotik dan lebih fiksyen sains daripada sains, pada ketika ini. Walau bagaimanapun, terdapat kemungkinan yang menarik untuk penggunaannya, terutamanya dalam tubuh manusia. Sesetengah projek futurists bahawa nanobots mungkin satu hari dapat melakukan perjalanan melalui aliran darah mencari, dan merawat, sel-sel berpenyakit khusus. Contohnya mungkin nanobot yang hanya menyerang dan memusnahkan kanser jenis tertentu.

Penggunaan Masa Kini dan Masa Depan Nanoteknologi

Menurut Persatuan Toksikologi, kemajuan teknologi nanoteknologi telah menghasilkan pelbagai bahan baru. Mereka juga menyesuaikan bahan-bahan lama, seperti karbon, sehingga memberi mereka "potensi yang besar untuk meningkatkan produk pengguna dan perindustrian, menangani keperluan tenaga kritikal, meningkatkan sistem keselamatan, dan meningkatkan bidang medis."

Nanotub karbon - membayangkan sekumpulan atom karbon yang digulung - kini muncul dalam produk pengguna seperti raket tenis dan kelab golf. Mereka mempamerkan 200 kali kekuatan dan lima kali keanjalan keluli, lima kali kekonduksian elektrik tembaga, dan separuh kepadatan aluminium. Di samping itu, mereka tidak berkarat, merendahkan radiasi, atau mengembangkan atau mengikat perubahan suhu. Dalam hal ini, rayuan permohonan mereka dalam produk seperti kereta dan kapal terbang menjadi agak jelas.

Projek pada Nanotechnologies Muncul di Virginia Tech menyenaraikan lebih daripada 1,790 produk pengguna sedia ada yang diaktifkan nano, termasuk helaian kapas, degreasers, aci golf, cat, dan kosmetik. Sesetengah saintis bahkan meramalkan bahawa sel solar akhirnya dapat dibangunkan dengan daya ketahanan sedemikian dan dengan kos rendah seperti yang membolehkan penggunaannya di atap, trotoar, dan jalan - membuat jalan untuk bekalan tenaga yang tidak melepaskan, banyak, dan murah.

Contoh khusus produk sedia ada yang menggunakan nanoteknologi termasuk yang berikut:

Sistem MineralWater Seldon Technologies adalah peranti penapisan nanotube karbon yang menghilangkan patogen dan bahan pencemar seperti virus, bakteria, kista, dan spora untuk menyampaikan air minuman yang melebihi standard air minum USEPA.
Dakwat karbon nanotube Linde Elektronik adalah untuk memaparkan, sensor, dan peranti elektronik seperti telefon pintar dengan skrin roll-up atau peranti GPS melihat-lihat yang tertanam di kaca depan sebuah kereta.
Produk pelindung matahari yang termasuk titanium dioksida atau zink oksida nano-zarah mencerminkan atau menyerap cahaya ultraviolet yang menyebabkan kanser. Produk-produk ini tidak kelihatan dan tahan lama, dan mempunyai bahan perengsa dan alergen yang lebih rendah, berbanding dengan tabir suria tradisional.
Banyak pembalut di atas meja kini mengandungi nanopartikel perak yang menghalang jangkitan sekitar luka dan lecet, berkesan menggabungkan salap antibiotik dengan pembalut.
Cecair kolam renang antibakteria. Ini lebih berkesan dalam memerangi bakteria berbahaya semasa mengurangkan peredaran perenang ke bahan kimia yang keras pada produk terdahulu.

Seperti yang diunjurkan oleh Institut Foresight, faedah-faedah setiap hari bagi peningkatan nanofactori akan termasuk yang berikut:

Nanorobots Perubatan Itu Menyembuhkan Penyakit dan Penuaan Belakang. Robert Freitas, Fellow Penyelidik Kanan di Institut Pengilangan Molekul, projek di Nanomedicine Book Series masa depan di mana nanorobot perubatan diperkenalkan ke dalam tubuh manusia untuk melakukan pembedahan selular dan mikroskopik, memperbaiki kecederaan tertentu, dan meronda tubuh untuk mengenali dan menahan penyakit . Di laman web Institut untuk Etika & Emerging Technologies, Burch menyifatkan senario di mana pil tertelan akan membekalkan bahan molekul dengan arahan untuk nanobots untuk membentuk neuron baru untuk menggantikan sel-sel otak yang rosak atau mati. Sel-sel otak baru ini akan memproses maklumat lebih cepat daripada otak biologi, sama seperti anggota tiruan boleh menjadi lebih kuat daripada lengan atau kaki manusia.
Mengurangkan Kos Produk Perkilangan. Kos asas akan jatuh ke nilai bahan mentah seperti karbon, nitrogen, dan oksigen dan tenaga yang diperlukan untuk mengendalikan nanofactory. Bayangkan sebuah kereta yang dibina daripada gentian karbon dan dicipta dalam nanofactories - bukannya dengan bahan yang memerlukan perlombongan, pemprosesan, dan konfigurasi. Secara teorinya, hampir apa-apa bahan atau objek boleh dipasang di bahagian bawah oleh kombinasi nanofactories. Keputusan berskala besar berlaku apabila proses nanoscale serentak dan sinergistik digabungkan. Eric Drexler, seorang jurutera Amerika yang terkenal dengan nanoteknologi yang mempopulerkan, meramalkan masa depan kilang-kilang meja utama yang membuat produk-produk yang besar, berguna, serupa dengan "replikator" terkenal "Star Trek". Sebenarnya, pada bulan Jun 2014, Institut Sains Kesihatan Nestle mengumumkan satu projek baru yang akhirnya boleh membawa kepada "mesin dapur yang boleh menghasilkan suplemen khusus - atau makanan."
Pembangunan Kecerdasan Am Buatan (AGI). Menurut Institut Foresight, nanofactories akan merangkumi sistem mesin untuk kerja-kerja kejuruteraan dan teknikal yang pada gilirannya akan menghasilkan komputer yang beribu-ribu kali lebih berkuasa dan murah daripada komputer semasa. Apabila mesin belajar dan memindahkan pengetahuan dari satu aplikasi atau persekitaran kepada yang lain, kemajuan pesat menjadi mungkin. Walau bagaimanapun, terdapat beberapa persoalan tentang betapa cepatnya AGI dapat dicapai. Sejak tahun 1990, hadiah sebanyak $ 100,000 telah tersedia kepada sesiapa sahaja yang mesinnya boleh menipu hakim bebas untuk memikirkan itu adalah manusia semasa terlibat dalam perbualan bebas. Hadiah itu belum lagi diberikan.
Penghapusan Pencemaran Kimia Industri. Oleh kerana setiap atom dalam stok makanan organik digunakan dalam produk akhir, atau diarahkan ke dalam sisa yang dibungkus dengan betul, tiada atom mencemarkan dilepaskan ke dalam alam sekitar. Sebagai contoh, arang batu menghasilkan bahan pencemar seperti sulfur dioksida, nitrogen oksida, zarah fizikal udara dan merkuri apabila terbakar. Membina bahan buatan tiruan yang menghapuskan produk sampingan, atau mengubahnya menjadi bentuk tidak berbahaya, akan lebih sihat dan lebih murah.

Peril & Risiko Nanoteknologi

Malah penyokong nanoteknologi, seperti Burch dan Drexler, mengiktiraf potensi untuk membahayakan dan mungkin menghapuskan umat manusia jika teknologi itu tidak terkawal atau salah arah. Kesan yang berpotensi berbahaya ini termasuk yang berikut:

Lebih banyak penduduk. Kadar kematian untuk manusia berusia lebih 80 tahun telah menurun kira-kira 1.5% setahun sejak 1960-an. Robert Freitas, Jr. mencadangkan bahawa kemajuan teknologi nanoteknologi akan menghilangkan semua penyakit genetik dan penuaan perlahan, "meningkatkan kesihatan manusia sekurang-kurangnya sepuluh kali ganda." Jika peningkatan dalam umur panjang tidak mengurangkan kelahiran, manusia akan berkembang pesat, memburukkan ketegangan masyarakat dan sumber yang berpotensi meletihkan.
Peningkatan Jenayah dan Keganasan. Senjata kimia dan biologi boleh menjadi lebih mematikan dan mudah untuk menyembunyikan atau menjejaki, terutama jika mereka boleh didapati di pasar gelap atau boleh dibina di kilang rumah. Nanofactories secara teoritis boleh menghasilkan senjata anti-personel pintar saiz serangga yang mampu membawa botulisme dos yang mematikan. Bilangan senjata sedemikian yang mampu membunuh setiap manusia di planet ini boleh dibungkus ke dalam satu beg pakaian.
Ketidaksamaan Antara Haves dan Have-Nots. Perkembangan nanoteknologi mungkin pada mulanya mahal dan akibatnya dilindungi oleh lapisan paten, undang-undang, dan halangan anti persaingan. Oleh itu, manfaat kos yang lebih rendah mungkin terhad kepada pemilik teknologi. Kemiskinan dan perbezaan pendapatan boleh menjadi lebih berlebihan, dengan itu menimbulkan pergolakan sosial.
Konflik atas Kepercayaan Agama dan Gaya Hidup. Di seluruh dunia, produk dilarang atau dihadkan berdasarkan prinsip keagamaan atau moral yang tidak perlu dikongsi oleh majoriti. Contohnya termasuk senjata di Britain, alkohol dalam masyarakat Islam, dan ubat rekreasi di pelbagai negara. Keupayaan untuk menghasilkan produk yang dilarang dalam nanofactori peribadi boleh menyebabkan gangguan pada masyarakat tersebut.
Kemunculan "Goo Grey." Sesetengah saintis bimbang bahawa nanofactories mereplikasi diri boleh berjalan amok, memakan biosfera dalam usaha yang penuh semangat untuk membuat salinan sendiri yang tidak terhad. Sama seperti tingkah laku anti-sosial tidak dapat dinafikan dengan peratusan tertentu penduduk - seperti yang dibuktikan oleh bilangan virus komputer yang wujud - orang yang tidak bertanggungjawab dan kumpulan mungkin membuat nanofactories diri yang mereplikasi, sehingga meningkatkan kemungkinan bencana.

Firman Akhir

Steve Jurvetson, pengarah urusan firma teroka Draper Fisher Jurvetson, mendakwa bahawa masa depan nanoteknologi bukan masalah "jika," tetapi sebaliknya "bila." Josh Wolfe, pengasas bersama Lux Capital dan editor Forbes / Wolfe Nanotech Report bersetuju, mengatakan bahawa segala-galanya - pakaian, makanan, kereta, perumahan, ubat, peralatan komunikasi, udara yang kita nafas dan air yang kita minum - akan menjalani " perubahan mendalam dan mendasar. Dan akibatnya, begitu juga dengan struktur sosio-ekonomi di dunia. "

Adakah nanoteknologi menjadi "batu ahli falsafah" yang mampu membuat segala kehendak menjadi kenyataan, atau pembukaan kotak Pandora, melepaskan kesusahan dan kengerian yang tidak dapat dibayangkan pada kehidupan manusia seperti yang kita ketahui?