IX Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2017

ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время немногие знают, что такое нано - технология, хотя за этой наукой стоит будущее. Главной целью моей работы является ознакомление с нано -технологией. Также я хочу выяснить применение этой науки в различных отраслях и узнать, могут ли нанотехнологии быть опасны для человека.

Область науки и техники, именуемая нано - технологией, появилась сравнительно недавно. Перспективы этой науки грандиозны. Сама частица «нано» означает одну миллиардную долю какой-либо величины. Например, нанометр - одна миллиардная доля метра. Эти размеры схожи с размерами молекул и атомов. Точное определение нанотехнологий звучит так: нанотехнологии – это технологии, манипулирующие веществом на уровне атомов и молекул (поэтому нанотехнологии называют также молекулярной технологией). Толчком к развитию нанотехнологий послужила лекция Ричарда Фейнмана, в которой он научно доказывает, что с точки зрения физики нет никаких препятствий к тому, чтобы создавать вещи прямо из атомов.

Очевидно, нанотехнологии - это не просто отдельная часть знаний, это масштабная, всесторонняя область исследований, связанных с фундаментальными науками. Самой очевидной представляется связь “нано” с физикой, химией и биологией. По-видимому, именно эти науки получат наибольший толчок к развитию в связи с приближающейся нано - технической революцией.

ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ НАНОТЕХНОЛОГИЙ

Греческий философ Демокрит впервые использовал слово “атом” для описания самой малой частицы вещества. В течение двадцати с лишним веков люди пытались проникнуть в тайну строения этой частицы. Решение этой непосильной для многих поколений физиков задачи стало возможным в первой половине ХХ века после создания немецкими физиками Максом Кноллом и Эрнстом Руской электронного микроскопа, который впервые позволил исследовать нано - объекты.

Ричард Фейнман предположил, что возможно механически перемещать одиночные атомы, при помощи манипулятора соответствующего размера. Этот манипулятор он предложил делать следующим способом. Необходимо построить механизм, создававший бы свою копию, только на порядок меньшую. Созданный меньший механизм должен опять создать свою копию, опять на порядок меньшую и так до тех пор, пока размеры механизма не будут соизмеримы с размерами порядка одного атома. Полученный механизм соберёт свою копию из отдельных атомов. Принципиально число таких копий неограниченно, можно будет за короткое время создать любое число таких машин. Эти машины смогут таким же способом собирать макровещи.

К нано - технологиям принято относить процессы и объекты с длиной от 1 до 100 нм. 1 нм составляет одну миллионную долю миллиметра. Если сравнить 1 нм с толщиной волоса, то получится что 1 нм примерно в 100 раз меньше толщины волоса

В научных центрах мира развитие нанотехнологий как технологий изготовления сверхмикроскопических конструкций из мельчайших частиц материи идет в основном по трем направлениям:

1. изготовление электронных схем с активными элементами, величиной, примерно, со среднюю молекулу;

2. разработка и изготовление нано - машин, то есть механизмов и роботов такого же размера;

3. непосредственная манипуляция атомами и молекулами и сборка из них всего сущего.

Именно поэтому они представляются весьма перспективными для получения новых конструкционных материалов, полупроводниковых приборов, устройств для записи информации, ценных фармацевтических препаратов. Нанотехнологии могут привести мир к новой технологической революции и изменить среду обитания человека.

Начало нанонауки положил в 1959 году Ричард Фейнман при прочтении лекции, в которой была рассмотрена возможность создания веществ совершенно новым способом, а именно «атомной укладкой», при которой человек манипулирует нужными атомами поштучно, располагая их в требуемом ему порядке.

В 1986 году Эрик Дрекслер предложил создавать устройства, названные им «молекулярными машинами», и раскрыл удивительные возможности, связанные с развитием нанотехнологий. Начиная с 1980 года, в технологии производства транзисторов и лазеров все чаще стали использоваться искусственно создаваемые пленки толщиной около 10нм, что позволяло изготавливать устройства с новыми, повышенными техническими характеристиками. В 1980 году в Японии был изготовлен первый полевой транзистор с высокой подвижностью носителей. В 1981 году сотрудники фирмы IBM создали сканирующий туннельный микроскоп, позволяющий получать изображение с разрешением на уровне размеров отдельных атомов. Работая со сканирующим микроскопом, экспериментаторы вышли на следующий этап развития, а именно стали проводить прямые технологические операции на атомарном уровне.

В 1990 году началась реализация огромного международного проекта по определению последовательности укладки около 3 млрд нуклеотидных остатков в записи генетической информации – проекта «Геном человека», ставшим ярким прорывом в биологии и медицине. Этот проект одновременно является исключительно важным для развития нанотехнологий, поскольку открывает новые возможности в информационных технологиях, позволяя понять, а затем и

использовать принципы обработки информации в живой природе. В 1991 году в Японии начала осуществляться первая государственная программа по развитию техники манипулирования атомами и молекулами (проект «Атомная технология»). Это ознаменовало новый этап в развитии нанонауки и нанотехнологий: государство стало поддерживать направление, признав его приоритетность не только для национальной науки, но и для государства в целом.

В настоящее время нанотехнологии все больше входят в нашу жизнь. Реальный пример – DVD-диски, производство которых было бы невозможно без нанотехнологического контроля матриц. Очень популярны в промышленных устройствах очистки питьевой воды и получении сверхчистой воды так называемые нанофильтрационные мембранные фильтры, позволяющие задерживать частицы молекулярного размера. Стали реальностью квантовые точки в технологии получения полупроводников, которые эффективнее известных в 1000 раз. Этот список можно продолжать и продолжать.

Потенциальные возможности нанотехнологий поистине не знают границ, поэтому необходимо государственное участие в проектах по нанотехнологиям. На сегодняшний день государственную поддержку имеют нанотехнологии в США, Японии, России. Существует Объединенный комитет Евросоюза по нанотехнологиям.

ПРИМЕНЕНИЕ НАНОТЕХНОЛОГИЙ

На данный момент возможно наметить следующие перспективы нанотехнологий:

- Медицина. Создание молекулярных роботов-врачей, которые «жили» бы внутри человеческого организма, устраняя или предотвращая все возникающие повреждения, включая генетические.

- Геронтология. Достижение личного бессмертия людей за счет внедрения в организм молекулярных роботов, предотвращающих старение клеток, а также перестройки и улучшения тканей человеческого организма. Оживление и извлечение тех безнадежно больных людей, которые были заморожены в настоящее время методами криониики.

- Промышленность. Замена традиционных методов производства сборкой молекулярными роботами предметов потребления непосредственно из атомов и молекул.

- Сельское хозяйство. Замена природных производителей пищи (растений и животных) аналогичными функционально комплексами из молекулярных роботов. Они будут воспроизводить те же химические процессы, что происходят в живом организме, однако более коротким и эффективным путем. Например, из цепочки «почва-углекислый газ-фотосинтез-трава-корова- молоко» будут удалены все лишние звенья. Остается «почва-углекислый газ-молоко (творог; масло; мясо)». Такое «сельское хозяйство» не будет зависеть от погодных условий и не будет нуждаться в тяжелом физическом труде. А производительности его хватит, чтобы решить продовольственную проблему раз и навсегда.

- Биология. Станет возможным внедрение наноэлементов в живой организм на уровне атомов. Последствия могут быть самыми различными – от «восстановления» вымерших видов до создания новых типов живых существ, биороботов.

- Экология. Полное устранение вредного влияния деятельности человека на окружающую среду. Во-первых, за счет насыщения экосферы молекулярными

роботами – санитарами, превращающими отходы деятельности человека в исходное сырье, а во-вторых, за счет перевода промышленности и сельского хозяйства на безотходные нанотехнологические методы.

-Освоение космоса. По-видимому, освоение космоса «обычным» порядком будет предшествовать освоение его нанороботами. Огромная армия роботов-молекул будет выпущена в околоземное космическое пространство и подготовит его для заселения человеком – сделает пригодными для обитания Луну, астероиды, ближайшие планеты, соорудит из «подручных материалов» (метеоритов, комет) космические станции. Это будет намного дешевле и безопаснее существующих ныне методов.

- Кибернетика. Произойдет переход от ныне существующих планарных структур к объемным микросхемам, размеры активных элементов уменьшаться до размеров молекул. Рабочие частоты компьютеров достигнут терагерцовых величин. Получат распространение схемные решения на нейроноподобных элементах. Появится быстродействующая долговременная память на белковых молекулах, емкость которой будет измеряться терабайтами. Станет возможным «переселение» человеческого интеллекта в компьютер.

- Разумная среда обитания. За счет внедрения логических наноэлементов во все атрибуты окружающей среды она станет «разумной» и исключительно комфортной для человека.

ОПАСНОСТИ СВЯЗАННЫЕ С НАНОТЕХНОЛОГИЯМИ

Применение нанотехнологий в производстве товаров народного потребления становится все более распространенным. На разработку нанотехнологий во всем мире тратятся огромные деньги, и на это есть причина – они позволяют производить товары с уникальными потребительскими свойствами. При всех преимуществах нанотехнологий, они могут представлять угрозу здоровью человека. Восторженно предвкушая те положительные изменения, которые принесет с собой промышленная революция, не стоит быть столь наивными, чтобы не задуматься о возможных опасностях и проблемах. К применению нанотехнологий необходимо подходить очень острожно. По мнению руководства надзорной службы, в случае применения нанотехнологий производители должны предоставлять дополнительные сведения о безопасности выпускаемой продукции. Многие крупные ученые современности не зря пытаются привлечь внимание не только к позитивным перспективам будущего, но и к возможным негативным последствиям. Например, Билл Джой, призывают к тому, чтобы исследования в области нанотехнологий и других областях должны быть остановлены до того, как это навредит человечеству. Страхи перед нанотехнологиями начали появляться с 1986 года, после выхода в свет произведения Дрекслера «Машины созидания», где он не только нарисовал утопическую картину нанотехнологического будущего, но и затронул «обратную», нелицеприятную сторону этой медали.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Сформировавшись исторически, к настоящему моменту, нанотехнология, завоевав теоретическую область общественного сознания продолжает проникновение в его обыденный пласт. Уже сейчас в нанотехнологии получен ряд исключительно важных результатов, позволяющих надеяться на существенный прогресс в развитии многих других направлений науки и техники (медицина и биология, химия, экология, энергетика, механика и т. п.).

Прояснив понятие нанотехнологии, обозначив её перспективы и остановившись на возможных опасностях и угрозах, хочу сделать вывод. Я считаю, что нано - технология – это молодая наука, результаты развития которой могут до неузнаваемости изменить окружающий мир. И каковы будут эти изменения - полезными, несравненно облегчающими жизнь, или вредными, угрожающими человечеству - зависит от взаимопонимания и разумности людей. А взаимопонимание и разумность напрямую зависят от уровня гуманности, предполагающей ответственность человека за свои поступки. Поэтому важнейшей необходимостью в последние перед неизбежным нано - технологическим «бумом» годы становится воспитание человеколюбия. Только разумные и гуманные люди могут превратить нанотехнологии в ступеньку к познанию Вселенной и своего места в этой Вселенной.

Список использованных источников:

основные

1. Рыбалкина М. «Нанотехнологии для всех». М.: УРСС. 2005. 444с.;

дополнительные

2. Кобаяси Н. Введение в нанотехнологию/Н.Кобаяси. – М.:Бином, 2005 - 134с.;

интернет - ресурсы

3. http://refoteka.ru/r-201283.html

4. http://www.referat911.ru/Ekologiya/nanotehnologii/19999-1157874-place1.html

Код для цитирования: Скопировать