Mākslinieka koncepcija par bio nanorobotu. Attēla kredīts: NASA. Noklikšķiniet, lai palielinātu
Kad runa ir par nākamo “milzu lēcienu” kosmosa izpētē, NASA domā mazs - tiešām mazs.
Laboratorijās visā valstī NASA atbalsta plaši izplatīto nanotehnoloģiju zinātni. Pamatideja ir iemācīties rīkoties ar matēriju atomu mērogā - lai pietiekami labi spētu kontrolēt atsevišķus atomus un molekulas, lai izstrādātu molekulas lieluma mašīnas, modernu elektroniku un “viedus” materiālus.
Ja redzētājiem ir taisnība, nanotehnoloģijas var izraisīt robotus, kurus varat turēt uz pirksta, pašdziedinošos kosmosa tērpus, kosmosa liftus un citas fantastiskas ierīces. Dažām no šīm lietām var būt nepieciešami vairāk nekā 20 gadi, lai pilnībā attīstītos; citi šodien veidojas laboratorijā.
Vienkāršai lietas samazināšanai ir savas priekšrocības. Iedomājieties, piemēram, ja Marsa braucēji Garu un Iespēju būtu varējuši padarīt tik mazu kā vabole un varētu skraidīt pa akmeņiem un granti kā vaboles kanna, ņemot paraugus minerāliem un meklējot norādes uz ūdens vēsturi uz Marsa. Simtiem vai tūkstošiem šo maznozīmīgo robotu varēja nosūtīt tajās pašās kapsulās, kurās bija divi galda izmēra roboti, ļaujot zinātniekiem izpētīt daudz vairāk planētas virsmas - un palielinot iespēju paklupt pāri pārakmeņojušai Marsa baktērijai!
Bet nanotehnoloģija ir kas vairāk par vienkāršu lietu samazināšanu. Kad zinātnieki var apzināti sakārtot un strukturēt matērijas molekulārā līmenī, dažreiz rodas pārsteidzošas jaunas īpašības.
Lielisks piemērs ir nanotehnoloģiju pasaules - oglekļa nanocaurules - mīļotā. Ogleklis dabiskā veidā rodas kā grafīts - mīksts, melns materiāls, ko bieži izmanto zīmuļu caurulēs - un kā dimants. Vienīgā atšķirība starp abām ir oglekļa atomu izvietojums. Kad zinātnieki sakārto tos pašus oglekļa atomus “vistas stieples” shēmā un savelk tos miniscauruļu mēģenēs tikai 10 atomu garumā, iegūtajām “nanocaurulītēm” ir dažas diezgan ārkārtējas iezīmes. Nanocaurules:
- jābūt 100 reizes lielākam par tērauda stiepes izturību, bet tikai 1/6 no svara;
- ir 40 reizes stiprākas nekā grafīta šķiedras;
- vadīt elektrību labāk nekā varš;
- atkarībā no atomu izvietojuma var būt gan vadītāji, gan pusvadītāji (piemēram, datoru mikroshēmas);
- un ir lieliski siltuma vadītāji.
Liela daļa pašreizējo nanotehnoloģiju pētījumu visā pasaulē ir vērsta uz šīm nanocaurulēm. Zinātnieki ir ierosinājuši tos izmantot plaša spektra lietojumiem: augstas izturības, maza svara kabelī, kas nepieciešams kosmosa liftam; kā molekulu stieples nano mēroga elektronikai; iegultas mikroprocesoros, lai palīdzētu sifonam atbrīvot siltumu; un kā niecīgi stieņi un zobrati nano mēroga mašīnās, lai tikai dažus nosauktu.
Nanocaurules ir pamanāmas pētījumos, kas tiek veikti NASA Ames nanotehnoloģiju centrā (CNT). Centru izveidoja 1997. gadā, un tagad tajā strādā apmēram 50 pilna laika pētnieki.
“[Mēs] cenšamies koncentrēties uz tehnoloģijām, kas dažu gadu vai desmit gadu laikā varētu radīt izmantojamus produktus,” saka CNT direktore Meija Meijapjana. "Piemēram, mēs skatāmies, kā nanomateriālus varētu izmantot progresīvai dzīvības uzturēšanai, DNS sekvences, īpaši jaudīgus datorus un sīkus ķīmisko vielu sensorus vai pat vēža sensorus."
Paredzēts, ka ķīmiskais sensors, kuru viņi izstrādāja, izmantojot nanocaurules, nākamgad lidos demonstrācijas misijā kosmosā uz Jūras spēku raķetes. Šis mazais sensors var atklāt tikai dažas daļas uz miljardu īpašu ķīmisku vielu, piemēram, toksiskas gāzes, padarot to noderīgu gan kosmosa izpētē, gan dzimtenes aizsardzībā. CNT ir arī izstrādājis veidu, kā izmantot nanocaurules, lai atdzesētu mikroprocesorus personālajos datoros. Tas ir liels izaicinājums, jo CPU kļūst arvien jaudīgāki. Šī dzesēšanas tehnoloģija ir licencēta Santa Clara, Kalifornijā, jaundibinātajam uzņēmumam ar nosaukumu Nanoconduction, un Intel pat ir paudis interesi, saka Meyyappan.
Ja šie nanotehnoloģiju īstermiņa pielietojumi šķiet iespaidīgi, ilgtermiņa iespējas patiesi aizrauj.
NASA uzlaboto koncepciju institūts (NIAC), neatkarīga, NASA finansēta organizācija, kas atrodas Atlantā, Džordžijas štatā, tika izveidots, lai veicinātu tālredzīgus pētījumus par radikālām kosmosa tehnoloģijām, kuru ieviešana prasīs 10 līdz 40 gadus.
Piemēram, nesena NIAC dotācija finansēja nanomēroga ražošanas priekšizpēti, citiem vārdiem sakot, izmantojot milzīgu skaitu mikroskopisko molekulāro mašīnu, lai iegūtu jebkuru vēlamo objektu, saliekot to atomu pēc atoma!
Šī NIAC dotācija tika piešķirta Chris Phoenix no Atbildīgas nanotehnoloģijas centra.
Fēnikss savā 112 lappuses ziņojumā skaidro, ka šāds “nanofaktors” varētu ražot, teiksim, kosmosa kuģa detaļas ar atomu precizitāti, kas nozīmē, ka katrs objekta atoms atrodas tieši tur, kur tas pieder. Iegūtā daļa būtu ārkārtīgi spēcīga, un tās forma varētu būt ideāla dizaina viena atoma platumā. Īpaši gludām virsmām nav nepieciešama pulēšana vai eļļošana, un laika gaitā tām praktiski netiks nodarīts nolietojums. Kosmosa kuģa detaļu tik augstā precizitāte un uzticamība ir ārkārtīgi svarīga, ja uz spēles ir likta astronautu dzīvība.
Lai arī Fīnikss savā ziņojumā ir ieskicējis dažas dizaina idejas darbvirsmas nanofabrikām, viņš atzīst, ka - ja trūkst liela budžeta “Nanhatten Project”, kā viņš to dēvē - darbojošā nanofakcija atrodas vismaz desmit gadu attālumā un, iespējams, daudz ilgāk.
Ņemot vērā bioloģiju, Constantinos Mavroidis, Bostonas Northeastern University Computational Bionanorobotics Laboratory direktors pēta alternatīvu pieeju nanotehnoloģijai:
Tā vietā, lai sāktu no nulles, Mavroidis NIAC finansētajā pētījumā izmantotās koncepcijas izmanto jau esošas, funkcionālas molekulāras “mašīnas”, kuras var atrast visās dzīvajās šūnās: DNS molekulās, olbaltumvielās, fermentos utt.
Šīs bioloģiskās molekulas, ko veido evolūcija miljonu gadu laikā, jau ir ļoti lietpratīgas, lai manipulētu ar vielām molekulārā mērogā - tieši tāpēc augs var apvienot gaisu, ūdeni un netīrumus un radīt sulīgu sarkanu zemeņu, un cilvēka ķermenis var pēdējoreiz pārveidoties nakts kartupeļu vakariņas mūsdienu jaunajās sarkano asins šūnās. Atomu pārkārtošanu, kas padara šos varoņdarbus iespējamus, veic simtiem specializētu fermentu un olbaltumvielu, un DNS glabā kodu to veidošanai.
Šo “iepriekš izgatavoto” molekulāro mašīnu izmantošana vai arī to izmantošana kā sākumpunkts jaunu dizainu veidošanai ir populāra pieeja nanotehnoloģijai, ko sauc par “bio nanotehnoloģiju”.
"Kāpēc izgudrot riteni?" Mavroidis saka. "Daba mums ir devusi visu šo lielisko, ļoti izsmalcināto nanotehnoloģiju dzīvajās lietās, kāpēc gan to neizmantot - un mēģināt kaut ko no tā iemācīties?"
Īpašie bio nanotehnoloģiju lietojumi, ko Mavroidis ierosina savā pētījumā, ir ļoti futūristiski. Viena ideja ir sava veida “zirnekļa tīkla” izšūšana no plānām matiem caurulēm, kas pildītas ar bio nanotehnoloģiskiem sensoriem, desmitiem jūdžu apvidus, kā veids, kā ļoti detalizēti kartēt kādas svešas planētas vidi. Cits viņa ierosinātais jēdziens ir astronautu “otrā āda”, ko valkāt zem kosmosa, kas izmanto bio nanotehnoloģiju, lai uztvertu un reaģētu uz radiāciju, kas iekļūst uzvalkā, un ātri aizzīmogotu visus griezumus vai caurdurumus.
Futūristisks? Noteikti. Iespējams? Var būt. Mavroidis atzīst, ka šādas tehnoloģijas, iespējams, ir gadu desmitiem tālu, un ka šī tehnoloģija nākotnē, iespējams, ļoti atšķirsies no tās, ko mēs tagad iedomājamies. Tomēr viņš saka, ka uzskata, ka ir svarīgi tagad sākt domāt par to, ko nanotehnoloģija varētu padarīt iespējamu daudzus gadus ilgā ceļā.
Ņemot vērā, ka pati dzīve savā ziņā ir vislabākais nanotehnoloģijas piemērs, iespējas patiešām ir aizraujošas.
Oriģinālais avots: NASA ziņu izlaidums
