10 Ukonventionelle anvendelser af nanoteknologi

Det er svært at forestille fremtiden uden tilstedeværelsen af ​​nanoteknologier. Manipuleringsmateriale på atom- og submolekylært niveau har banet vejen for store gennembrud inden for kemi, biologi og medicin. Ikke desto mindre er de udfoldende anvendelser af nanoteknologi langt bredere og mere forskelligartede end hvad vi har forestillet os.

10Film Making

Uden opfindelsen af ​​scanningstunnelingsmikroskopet (STM) i 1980'erne kunne nanoteknologiens område være forblev science fiction. Med sin atommæssige præcision har STM gjort det muligt for fysikere at studere stoffets struktur på en måde, der var umuligt med konventionelle mikroskoper.

STM's forbløffende potentiale blev demonstreret af forskere hos IBM, da de oprettede En dreng og hans atom, som var verdens mindste animerede film. Det blev fremstillet ved at flytte enkelte atomer på en kobberoverflade.

Den 90-sekunders film skildrer en dreng lavet af carbonmonoxidmolekyler, der leger med en bold, danser og hopper på en trampolin. Bestående af 202 rammer, tager animationen handling i et rum så lille som 1/1000 størrelsen på et enkelt menneskehår. For at lave filmen udnyttede forskerne en unik funktion, der følger med STM: en elektrisk ladet og ekstremt skarp stylus med et tip lavet af et atom. Stiften er i stand til at registrere de præcise positioner af carbonmolekylerne på animationsoverfladen (hvilket er kobberarket i dette tilfælde). Derfor kan den bruges til at skabe billeder af molekylerne samt flytte dem til nye positioner.

9Og Recovery

De globale udgifter til olieudforskning er steget eksponentielt i løbet af det sidste årti. Effektiviteten i olieudvinningen er imidlertid fortsat et stort problem. Når petroleumsselskaber lukker en oliebrønd, udvindes mindre end halvdelen af ​​olien i reservoiret. Resten er efterladt, fordi den er fanget i klippen, hvor det er for dyrt at komme sig. Heldigvis har forskere i Kina med hjælp fra nanoteknologi opdaget en måde at arbejde rundt på dette.

Løsningen forbedrer en eksisterende boreteknik. Den oprindelige teknik indebærer at injicere vand i rockens porerne, hvor olie er placeret. Dette fortrænger olien og styrker det ud. Denne metode afslører imidlertid sin begrænsning, så snart olien i de let nåede porer er blevet ekstraheret. Derefter begynder vandet at komme ud fra brønden i stedet for olie.

For at forhindre dette er kinesiske forskere Peng og Ming Yuan Li kommet med tanken om at infuse vandet med nanopartikler, der kan tilslutte passagerne mellem rockporerne. Denne metode er beregnet til at gøre vandet mindre smalle stier i porerne, der indeholder olie og tvinge olien ud. Med succesfulde feltundersøgelser udført i Kina har denne metode vist sig at være meget effektiv til at genvinde de 50 procent af det sorte guld, der ellers forbliver ude af reach.

8High-Resolution Displays

Billederne på computerskærme præsenteres via små punkter kaldet pixels. Uanset deres størrelser og former har antallet af pixels på en skærm forblevet afgørende for billedkvaliteten. Med traditionelle displays betød flere pixels større og mere skarpe skærme - en åbenbar begrænsning.

Mens virksomheder havde travlt med at sælge deres kolossale skærme til forbrugere, har forskere fra Oxford University opdaget en måde at skabe pixels, der kun er få hundrede nanometer på tværs af. Dette blev opnået ved at udnytte egenskaberne af et faseskiftemateriale kaldet GST (et materiale fundet i termiske styringsprodukter). I eksperimentet anvendte forskerne syv nanometer tykke lag GST sandwichet mellem gennemsigtige elektroder. Hvert lag - kun 300 med 300 nanometer i størrelse - virker som en pixel, der kan tændes og slukkes elektrisk. Ved at sende elektrisk strøm gennem lagene kunne forskerne producere billeder med retfærdig kvalitet og kontrast.

Nano-pixelerne vil tjene en række formål, hvor de konventionelle pixels er blevet upraktiske. For eksempel vil deres lille størrelse og tykkelse gøre dem til et godt valg for teknologier som smarte briller, foldbare skærme og syntetiske nethanker. En anden fordel ved nano-pixel skærme er deres lavere energiforbrug. I modsætning til de eksisterende skærme, der konstant opdaterer alle pixels til at danne billeder, opdateres kun de GST-lagbaserede skærme den del af skærmen, der rent faktisk ændres, og sparer strøm.

7Color-Changing Paint

Mens eksperimenterer på snor af guld nanopartikler, har forskere ved University of California snuble over en forbløffende observation. De har bemærket, at guldets farve ændres, når en streng af sine partikler strækkes eller trækkes tilbage, hvilket producerer, hvad en af ​​forskerne beskriver som en smuk lyseblå, der morphs til lilla og derefter rød. Fundamentet har inspireret forskerne til at skabe sensorer ud af guld nanopartikler, der ændrer farver, når der påtrykkes tryk.

For at producere sensorer skal guld nanopartikler tilsættes til en fleksibel polymerfilm. Når filmen presses, strækker den sig og får partikler til at adskille og farven ændres. Ved at trykke let, tænder sensoren lilla, mens du trykker hårdere, bliver den rød. Forskerne opdagede denne spændende egenskab ikke kun i guldpartikler, men også i sølv, hvor partiklerne ændrede sig til gule, når de blev strakt.

Sensorerne kan tjene en række formål. For eksempel kunne de indarbejdes i møbler, såsom sofaer eller senge, for at vurdere sidde- eller sovestillinger. Til trods for at være lavet af guld er sensoren lille nok til at overvinde omkostningerne.

6Phone opladning

Uanset om det er en iPhone, Samsung eller en anden type telefon, leverer hver smartphone, der forlader fabrikken, to notoriske ulemper: batterilevetid og den tid det tager at genoplade.Mens førstnævnte stadig er et universelt problem, har forskere fra byen Ramat Gan i Israel formået at tackle det andet problem ved at oprette et batteri, der kun kræver 30 sekunder at genoplade.

Gennembrudet blev tilskrevet et projekt relateret til Alzheimers sygdom, som blev udført af forskere fra Universitetet i Tel Aviv. Forskerne opdagede, at peptidmolekylerne, der forkorter hjernens neuroner og forårsager sygdom, har en meget høj kapacitans (evnen til at bevare elektriske ladninger). Dette fund har bidraget til grundlæggelsen af ​​StoreDot, et firma der fokuserer på nanoteknologier, der er målrettet mod forbrugerprodukter. StoreDot har med hjælp fra forskere udviklet NanoDots-teknologi, der udnytter peptidernes egenskaber til forbedring af batteriets levetid for smartphones. Virksomheden demonstrerede en prototype af sit batteri i Microsofts ThinkNext-begivenhed. Ved hjælp af en Samsung Galaxy S3-telefon blev batteriet opladet fra 0 til fuld på mindre end et minut.

5Sophisticated Drug Delivery

Behandlinger for sygdomme som kræft kan være uforholdsmæssigt dyre og i nogle tilfælde for sent. Heldigvis forsker flere medicinske firmaer fra hele verden om billige og effektive måder at behandle sygdomme på. Blandt dem er Immusoft, et firma, der har til formål at revolutionere, hvordan lægemidler leveres til vores kroppe.

I stedet for at bruge milliarder dollars på narkotika- og terapiprogrammer mener Immusoft, at vi kan manipulere vores kroppe til at producere stoffer alene. Med hjælp fra immunsystemet kan celler af en patient ændres for at modtage ny genetisk information, der gør det muligt for dem at lave deres egen medicin. Den genetiske information kan leveres via kapsler af nanostørrelse, der injiceres i kroppen.

Den nye metode er endnu ikke blevet testet på en human patient. Ikke desto mindre har Immusoft og andre institutioner rapporteret succesfulde forsøg udført på mus. Hvis det påvises effektivt på mennesker, vil metoden betydeligt reducere behandlings- og terapiomkostningerne ved hjerte-kar-sygdomme og forskellige andre sygdomme.

4Molekylær kommunikation

Der er omstændigheder, hvor elektromagnetiske bølger, sjælen i global telekommunikation, bliver ubrugelige. Tænk på en elektromagnetisk puls, der kunne gøre kommunikationssatellitter, og enhver form for teknologi, der stole på dem, er ubrugelig. Vi er meget bekendt med sådanne skræmmende scenarier fra doomsday-film. Desuden er dette spørgsmål blevet overvejet i årevis af forskere fra University of Warwick i Det Forenede Kongerige og York University i Canada, før de i sidste ende kommer op med en uventet løsning.

Forskerne observerede, hvordan nogle dyrearter, især insekter, bruger feromoner til at kommunikere på tværs af lange afstande. Efter at have indsamlet dataene kunne de udvikle en kommunikationsmetode, hvori meddelelser kodes i molekylerne af fordampet alkohol. Forskerne demonstrerede med succes den nye teknik ved at gnide alkohol som en signalkemikalie og "O Canada" som deres første budskab.

To enheder blev anvendt ved denne fremgangsmåde, herunder en sender til at kode og sende beskeden og en modtager til at dekode og vise den. Metoden virker ved at indtaste en sms på transmitteren ved hjælp af Arduino Uno (en open source mikrocontroller), der leveres med en LCD-skærm og knapper. Regulatoren konverterer derefter tekstindtastningen til en binær sekvens, som læses af en elektronisk sprøjter indeholdende alkoholen. Når den binære besked er læst, konverterer sprøjten den til et kontrolleret sæt sprøjter, hvor "1" repræsenterer en spray og "0" svarer til ingen spray. Alkoholen i luften opdages derefter af modtageren, som består af en kemisk sensor og en mikrocontroller. Modtageren læser og konverterer binære data tilbage til tekst, før den vises på en skærm.

Forskerne var i stand til at sende og modtage meddelelsen "O Canada" på tværs af flere meter åbent rum. Som et resultat har en række forskere udtrykt tillid til metoden. De mener, at det kan være nyttigt i miljøer som underjordiske tunneler eller rørledninger, hvor elektromagnetiske bølger bliver ubrugelige.

3 Computeropbevaring

I løbet af de sidste par årtier er computere vokset eksponentielt i både bearbejdningseffekt og lagerkapacitet. Dette fænomen blev nøjagtigt forudsagt af James Moore omkring 50 år siden og blev senere kendt som Moores lov. Men mange forskere - herunder fysikeren Michio Kaku - mener, at Moores lov falder fra hinanden. Dette skyldes, at computerens magt ikke kan holde øje med den eksponentielle stigning i de eksisterende produktionsteknologier.

Selv om Kaku understregede forarbejdningskraft, gælder samme koncept for lagerkapacitet. Heldigvis er det ikke enden af ​​vejen. Et team af forskere fra RMIT University i Melbourne undersøger nu alternativerne. Ledet af Dr. Sharath Sriram, holdet er ved at udvikle lagerenheder, der efterligner den måde, hvorpå menneskets hjerne lagrer information. Forskerne tog det første skridt og byggede en nanofilm, der er kemisk designet til at bevare elektriske ladninger i til og fra stater. Filmen, som er 10.000 gange tyndere end et menneskehår, kan blive hjørnestenen til udvikling af hukommelsesenheder, som replikerer hjernens neurale netværk.

2Nano Art

Den lovende udvikling af nanoteknologi har tjent en stor beundring fra det videnskabelige samfund. Ikke desto mindre er gennembrud i nanoteknologi ikke længere begrænset til medicin, biologi og teknik. Nano kunst er et voksende felt, der giver os mulighed for at se den lille verden under mikroskopet fra et helt nyt perspektiv.

Som navnet antyder, er nano kunst en kombination af kunst og nanovidenskab praktiseret af et lille antal forskere og kunstnere. Blandt dem er John Hart, en mekanisk ingeniør fra University of Michigan, der lavede et nanoportræt af præsident Barack Obama. Portrættet, der hedde Nanobama, blev skabt til ære for præsidenten, da han var kandidat under præsidentvalget i 2008. Hvert ansigt i Nanobama måler kun en halv millimeter tværs og er helt skulptureret fra 150 nanorør. For at producere portrætterne skabte Hart først en linjetegning af den ikoniske "Hope" plakat. Han udskrev derefter tegningen på en glasplade belagt med nanopartiklerne, der var nødvendige for at dyrke nanorør. Ved hjælp af en høj temperatur ovn var det kun et spørgsmål om tid, før portrættet var klar til fotografering.

1Rordbrud

Mennesket har altid forsøgt at bygge de stærkeste, hurtigste og største ting. Men når det kommer til at bygge det mindste, kommer nanoteknologi frem på scenen. Blandt de mindste ting, der nogensinde er skabt ved hjælp af nanoteknologi, er en bog kaldet Teeny Ted From Turnip som i øjeblikket betragtes som verdens mindste trykte bog. Produceret i Nano Imaging Laboratory på Simon Fraser University i Vancouver, Canada, måler bogen kun 70 mikrometer ved 100 mikrometer og er lavet af breve udskåret på 30 krystallinske silicium sider.

Bogens historie, skrevet af Malcolm Douglas Chaplin, indeholder Teeny Ted og hans triumf ved turnip contest på den årlige amt fair. Over 100 kopier af bogen er blevet udgivet. Men for at købe en af ​​dem skal du have en dyb lomme - en enkelt bog koster over $ 15.000. Et elektronmikroskop vil også blive påkrævet for at læse det og tilføje endnu mere til prisen.