Концепцията на художника за био-наноробот. Кредит за изображение: НАСА. Щракнете за уголемяване
Когато става въпрос за следващия „гигантски скок“ в космическото изследване, НАСА мисли за малко - наистина малко.
В лаборатории в цялата страна НАСА подкрепя нарастващата наука за нанотехнологиите. Основната идея е да се научим да се справяме с материята в атомния мащаб - да можем да контролираме достатъчно добре отделни атоми и молекули, за да проектираме машини с размер на молекулата, модерна електроника и „умни“ материали.
Ако визионерите са прави, нанотехнологиите могат да доведат до роботи, които можете да държите на пръста си, самолекуващи се скафандри, космически асансьори и други фантастични устройства. На някои от тези неща може да са необходими 20+ години, за да се развият напълно; други днес се оформят в лабораторията.
Просто намаляването на нещата има своите предимства. Представете си, например, ако марсоходът "Роувър Дух и възможност" е можел да бъде направен малък като бръмбар и би могъл да се разнася над скали и чакъл като бръмбар, като взема проби от минерали и да търси улики за историята на водата на Марс. Стотици или хиляди от тези умалителни роботи биха могли да бъдат изпратени в същите капсули, които носеха двата гребла с размер на бюрото, което позволява на учените да изследват много повече от повърхността на планетата - и увеличава шансовете да се натъкнете на фосилизирана марсианска бактерия!
Но нанотехнологията е нещо повече от просто свиване на нещата. Когато учените могат съзнателно да подредят и структурират материята на молекулярно ниво, понякога се появяват невероятни нови свойства.
Отличен пример е тази скъпа на нанотехнологичния свят, въглеродната нанотръба. Въглеродът се среща естествено като графит - мекият, черен материал, често използван в отворите за молив - и като диамант. Единствената разлика между двете е подредбата на въглеродните атоми. Когато учените подреждат едни и същи въглеродни атоми в образец на „пилешка тел“ и ги навиват в миниатюрни тръби само 10 атома, получените „нанотръбички“ придобиват някои доста необичайни черти. нанотръби:
- имат 100 пъти по-голяма якост на опън на стоманата, но само 1/6 от теглото;
- са 40 пъти по-силни от графитните влакна;
- провеждат електричеството по-добре от медта;
- могат да бъдат или проводници, или полупроводници (като компютърни чипове), в зависимост от подредбата на атомите;
- и са отлични проводници на топлина.
Голяма част от настоящите изследвания в областта на нанотехнологиите в световен мащаб се фокусират върху тези нанотръби. Учените предложиха да ги използвате за широк спектър от приложения: при високоякостен кабел с ниско тегло, необходим за космически асансьор; като молекулни проводници за наномащабна електроника; вградени в микропроцесори за подпомагане на отвеждането на сифона от топлина; и като миниатюрни пръчки и зъбни колела в наномащабни машини, само да назовем няколко.
Нанотръбите са на видно място в изследванията, проведени в Центъра за нанотехнологии на НАСА Еймс (CNT). Центърът е създаден през 1997 г. и в момента работят около 50 щатни изследователи.
„[Ние] се опитваме да се съсредоточим върху технологиите, които могат да дадат полезни продукти в рамките на няколко години до десетилетие“, казва директорът на CNT Мея Меяппан. „Например, ние разглеждаме как нано-материалите могат да се използват за напреднала поддръжка на живота, ДНК секвенси, ултрамощни компютри и малки сензори за химикали или дори сензори за рак.“
Химически сензор, който са разработили с помощта на нанотръби, е планиран да излети демонстрационна мисия в космоса на борда на ракетата от ВМС следващата година. Този мъничък сензор може да открие едва няколко части на милиард специфични химикали - като токсични газове - което го прави полезен както за изследване на космоса, така и за отбрана на страната. CNT също разработи начин за използване на нанотръбички за охлаждане на микропроцесорите в персонални компютри, което е голямо предизвикателство, тъй като процесорите стават все по-мощни. Тази технология за охлаждане е лицензирана за стартиране в Санта Клара, Калифорния, наречено Nanoconduction, а Intel дори изрази интерес, казва Meyyappan.
Ако тези краткосрочни приложения на нанотехнологиите изглеждат впечатляващи, дългосрочните възможности са наистина умопомрачителни.
Институтът за напреднали концепции на НАСА (NIAC), независима, финансирана от НАСА организация, разположена в Атланта, Джорджия, е създадена с цел да насърчи напредничави изследвания на радикални космически технологии, които ще отнемат 10 до 40 години, за да се реализират.
Например, един неотдавнашен грант на NIAC финансира проучване за осъществимост на производството на наноразмери - с други думи, използвайки огромен брой микроскопични молекулни машини, за да произведе всеки желан обект, като го сглоби атом по атом!
Тази безвъзмездна помощ от NIAC беше предоставена на Крис Феникс от Центъра за отговорна нанотехнология.
В своя доклад на страница 112, Phoenix обяснява, че подобен „нанофабрик“ би могъл да произведе, да речем, части от космически кораби с атомна точност, което означава, че всеки атом в обекта е поставен точно там, където му е мястото. Получената част ще бъде изключително здрава и формата й може да бъде в ширина на един атом от идеалния дизайн. Ултра гладките повърхности няма да се нуждаят от полиране или смазване и практически няма да се износват. Такава висока точност и надеждност на частите на космическите кораби са от първостепенно значение, когато животът на астронавтите е поставен на риск.
Въпреки че Phoenix очертава някои дизайнерски идеи за нанофабрика за десктоп, той признава, че - освен голям бюджет „Nanhatten Project“, както той го нарича - работещият нанофабрик е най-малко десетилетие и вероятно е много по-дълъг.
Взимайки реплика от биологията, Константинос Мавроидис, директор на лабораторията за изчислителна бионанороботика в Североизточния университет в Бостън, проучва алтернативен подход към нанотехнологиите:
Вместо да започват от нулата, концепциите в финансираното от NIAC проучване на Mavroidis използват предишни, функционални молекулярни „машини“, които могат да бъдат открити във всички живи клетки: ДНК молекули, протеини, ензими и т.н.
Оформени от еволюцията през милиони години, тези биологични молекули вече са много умели да манипулират материята в молекулярния мащаб - ето защо растението може да комбинира въздух, вода и мръсотия и да произведе сочна червена ягода, а тялото на човек може да преобразува последно нощна картофена вечеря в днешните нови червени кръвни клетки. Пренареждането на атомите, което прави тези подвизи възможно, се извършва от стотици специализирани ензими и протеини, а ДНК съхранява кода за създаването им.
Използването на тези „предварително направени“ молекулярни машини - или използването им като отправна точка за нови дизайни - е популярен подход към нанотехнологиите, наречен „био-нанотехнологии“.
"Защо да изобретявам колелото?" Казва Мавроидис. „Природата ни е предоставила всичко това страхотно, високо рафинирано нанотехнологии вътре в живите същества, така че защо да не го използваме - и да се опитаме да научим нещо от него?“
Специфичните приложения на био-нанотехнологиите, които Мавроидис предлага в своето проучване, са много футуристични. Една от идеите включва драпиране на един вид „паяжина” от тънки тръби с коса, натъпкани с био-нанотехнологични сензори на десетки километри терен, като начин за картографиране на средата на някаква извънземна планета с много детайли. Друга концепция, която той предлага, е „втора кожа“ за астронавтите, които да носят под своите скафандри, които биха използвали био-нанотехнологии, за да усетят и реагират на радиация, проникваща в костюма, и бързо да се запечатват върху всякакви порязвания или пробиви.
Футуристична? Разбира се. Възможен? Може би. Мавроидис признава, че такива технологии вероятно са от десетилетия и че технологията досега в бъдеще вероятно ще бъде много различна от тази, която си представяме сега. Все пак той казва, че смята, че е важно да започнете да мислите за това какво може да направи нанотехнологиите много години по пътя.
Като се има предвид, че самият живот в известен смисъл е краен пример за нанотехнологии, възможностите наистина са вълнуващи.
Оригинален източник: NASA News Release
