Nanotechnologie



Jede menschliche Tätigkeit, die von den meisten nicht verstanden wird, wird sofort mit Mythen bewachsen. Natürlich betraf dies auch die Nanotechnologie, das wichtigste moderne wissenschaftliche und technologische Projekt. Jeder hat davon gehört, aber nur wenige erkennen das Wesen der Richtung.

Die meisten glauben, dass die Nanotechnologie die Manipulation von Atomen und die Montage von Mikroobjekten von ihnen ist. Aber das ist der Hauptmythos. Mythen sind wegen eines Mangels an Wissen oder Mangel an Informationen geboren, eine andere Option ist die bewusste Implantation von Wahnvorstellungen, um Aufmerksamkeit zu erregen und damit Investitionen.


Im Falle des Nanotechnologie-Projekts haben Mythen sogar dazu beigetragen, den Prozess zu starten. Doch Wahnvorstellungen haben eine überraschende Eigenschaft – sie sind geboren, sie leben weiterhin ihr Leben.

Echte gleiche Nanotechnologie ist so im Gegensatz zu Mythen, die Verwirrung in den Köpfen der Menschen, ihre Ablehnung und sogar die Leugnung im Allgemeinen der Existenz dieser Richtung zu schaffen. Deshalb werden wir die grundlegenden Mythen über die Nanotechnologie betrachten.

Der Gründer und Ideologe der Nanotechnologie ist Richard Feynman.

Dieser Mythos ist vielleicht der Unschädlichste. Es entstand 1992 während der Rede eines der Propheten der Nanotechnologie Eric Drexler vor der Senatskommission. Für das Projekt, das wahrgenommen und fortgeschritten ist, verwies der Dozent auf die Aussagen von Richard Feynman, einem Spezialisten für Elementarteilchenphysik und Quantenfeldtheorie. Tatsache ist, dass der Wissenschaftler ein Nobelpreisträger war und eine unerschütterliche Autorität in den Augen der Politiker war. Allerdings starb Feynman 1988 und konnte diese Aussage nicht widerlegen. Wahrscheinlich hätte er einfach gelacht, da er ein berühmter Joker war. Die berühmte Rede des Wissenschaftlers, in der die legendäre Phrase ausgesprochen wurde: „Die bekannten Prinzipien der Physik verbieten uns nicht, Gegenstände zu schaffen“ Atom Atom „wurde im Allgemeinen von Kollegen als ein großer Witz wahrgenommen, aber die Idee, dass die Atommanipulation möglich ist, wurde gehört. kreativ entwickelte diese Idee, die die Grundlage der Hauptmythen der Industrie bildete. „Die Nanotechnologie ist geschwätzlich.“ Es scheint, dass die Schaffung eines Objekts Atom Atom, kann es keine Abfälle.Jedoch ist dieses Denken inhärent in Menschen, die Überprüfung für die Manipulation von Atomen nur in Bildern.Es gibt keine rauchen Pfeifen und sinkt.Es würde scheinen, dass ein Atom in eine Entfernung von Nanometern zu ziehen und Energie ist praktisch nicht erforderlich.Die Frage, wo das Atom wird die Montage nehmen ist fast unanständig. Die Menschen sind durch die Technologie der Produktion schlecht vertreten, aber schließlich liegen die Atome nicht im Vorfeld ihres Vorgriffs im Lager. Bei der Konsumierung von Industrieprodukten konzentrieren wir uns nicht auf den Zusammenhang mit einer solchen schädlichen chemischen Industrie. Es ist sie, die Öl, Gas, Erze für ihre Bedürfnisse verbraucht. Aber für die Nanotechnologie, nach vielen, ist das nicht nötig – nur einzelne Atome werden benötigt. Das ist aber nur eine Idylle, Atome an sich existieren nur im Vakuum, mit Ausnahme von Inertgasen. In anderen Fällen treten sie in Wechselwirkung ein und bilden neue chemische Verbindungen – das ist die Natur der Dinge. Darüber hinaus erfordert jede Technologie die entsprechenden Werkzeuge, mit deren Hilfe die Produktion durchgeführt wird. Kraft- und Tunnelmikroskope, sterile Laboratorien im Allgemeinen, überraschende Phantasie, präsentieren Gegenstände aus der Zukunft. Doch all das, ebenso wie die Wände, das Dach und das Fundament werden in der üblichen Weise und nicht aus Nicht-Abfall-Atome zusammengebaut werden. Eines Tages wird die Menschheit vielleicht eine verschwenderische und umweltfreundliche Produktion schaffen, aber sie wird mit Hilfe anderer Technologien und anderer Prinzipien geschaffen.

Die Existenz von Nanomaschinen.

Zuerst war es eine andere Technik. Offensichtlich ist es notwendig, im Nanometerbereich zu entwerfen, einen geeigneten Manipulator zu haben. Es scheint, dass man die Größe proportional reduzieren kann, indem sie Miniaturpflanzen organisiert, die Details bohren und stempeln. Dieser Ansatz ist jedoch einfach.Auf der Mikroebene arbeitet es immer noch, was mikroelektromechanische Geräte in Autos, Druckern, Klimaanlagen, Sensoren und Indikatoren ist. Wenn man sie unter einem Mikroskop betrachtet, kann man die üblichen Wellen und Zahnräder, Kolben, Ventile und Spiegel finden. Nanoobjekte haben jedoch Eigenschaften, die sich von Makro- und Mikroobjekten unterscheiden. Du kannst nicht Um zum Beispiel die Größe der Transistoren von dem Strom 45 nm auf 10 proportional zu reduzieren, da sie nicht arbeiten können, werden die Elektronen durch die Isolatorschicht tunneln. Und die verbindenden Drähte können nicht in einem Atom dick sein, der Strom wird nicht durch sie geführt werden. Ein solches Design zerfällt entweder durch thermische Bewegung oder kollidiert in einem Stapel und brechen den elektrischen Kontakt. Ähnlich mit den mechanischen Eigenschaften von Objekten. Bei einer Abnahme ihrer Größen nimmt das Verhältnis von Fläche zu Volumen zu und die Reibung nimmt zu. Infolgedessen beginnen Nanoobjekte, buchstäblich aneinander zu haften oder an andere Oberflächen, die aufgrund von Kleinheit flach zu sein scheinen. Wenn du auf einer senkrechten Mauer laufen musst, kann es aber nützlich sein, aber wenn das Gerät gleiten oder gehen muss – dann ist das Gegenteil der Fall. Zu bewegen erfordert zu viel Energie. Sogar Nanomyatnik sofort aufhören – für ihn eine bedeutende Barriere wird die Luft selbst sein. Nanoobjekte haben ein hohes Segel, sogar ein Teilchen von 1 μm Größe fühlt sich die Kraft kleiner Moleküle an, was ist mit etwa 10-nm-Elementen, die in einer Million Mal und einem Gewicht-zu-Flächen-Verhältnis weniger wiegen, 100 mal kleiner? In den Medien gibt es jedoch immer Beschreibungen von Nanokops von Nüssen, Zahnrädern und anderen mechanischen Teilen, von denen es beabsichtigt ist, Arbeitsmaschinen zu schaffen. Solche Projekte können nicht ernst genommen werden. Physiker erkennen, dass, um nanomechanische oder elektromechanische Geräte zu schaffen, andere Prinzipien benötigt werden, die sich von Makro- und sogar Mikroanalogen unterscheiden. Und in diesem wird die Natur helfen, die für Milliarden von Jahren der Evolution eine große Vielfalt von molekularen Maschinen geschaffen hat. Es dauert Dutzende von Jahren, um zu verstehen, wie sie arbeiten, wie sie an ihre Bedürfnisse angepasst werden können und sogar verbessern können. Das bekannteste Beispiel für einen natürlichen molekularen Motor ist der Flagellar-Motor der Bakterien. Biologische Maschinen bieten auch Muskelkontraktion, Transport von Nährstoffen und Ionentransport durch Zellmembranen. Gleichzeitig haben solche molekularen Maschinen einen hohen Wirkungsgrad – fast 100%. Sie sind sehr sparsam, so dass nur etwa 1% der Energie der Zelle für die Arbeit der Elektromotoren ausgegeben wird, die die Bewegung der Zelle bereitstellen. Deshalb kommen die Wissenschaftler zu dem Schluss, dass der realistischste Weg, um Nanodonen zu schaffen, die Kooperation von Physikern und Biologen ist.

Die Existenz von Nanoroboten.

Angenommen, eine gewisse Skizze des Nanodrucks wird erzeugt. Aber wie würde es zusammengestellt werden, oder besser in mehreren Exemplaren? Nach der Logik von Feynman können Sie winzige Maschinen und Miniaturmanipulatoren erstellen, die fertige Produkte zusammenbauen. Allerdings müssen sie von einer Person verwaltet werden, es muss ein paar Snap-In oder ein Programm für das Management. Darüber hinaus ist es notwendig, alle Prozesse zu beobachten, beispielsweise mit einem Mikroskop. Eine alternative Idee wurde von Eric Drexler in seinem fantastischen Buch „Machines of Creation“ im Jahr 1986 vorgestellt. Der Autor, der auf den Schriften von Azimov aufwuchs, schlug vor, nanoskalige Maschinen für die Herstellung von Nanodonen zu verwenden. In diesem Fall war es nicht mehr um Stanzen oder Bohren, die Roboter mussten das Gerät direkt aus den Atomen sammeln, sie wurden als Picker bezeichnet. Doch auch hier blieb der Ansatz mechanisch. Manipulatoren des Kollektors mussten mehrere Dutzend Nanometer lang sein, der Motor zum Bewegen des Roboters und eine autonome Energiequelle sollte realisiert werden. So stellt sich heraus, dass der Nanorobot selbst aus vielen kleinen Details bestehen muss, von denen jeder 100-200 Atome groß ist. Der wichtigste Knoten des Nanorobots war ein Bordcomputer, der bestimmt, welches Molekül oder Atom gefangen werden soll und wo es hingelegt werden soll.Allerdings sollten die linearen Abmessungen eines solchen Computers 40-50 nm nicht überschreiten, während die heutige Technologie nur einen Transistor dieser Größe erzeugen kann. Dann hat Drexler das Buch in der fernen Zukunft angesprochen, damals haben die Wissenschaftler nicht einmal die Möglichkeit der Manipulation einzelner Atome bestätigt. Dies geschah später, als ein Tunnelmikroskop erstellt wurde, gesteuert von einem leistungsfähigen Computer mit Milliarden von Transistoren. Allerdings war der Traum von Nanorobots so verlockend, dass die Entdeckung nur zu ihrer Überzeugung hinzufügte. Nicht nur der Autor selbst glaubte an das Projekt, sondern auch Journalisten, Senatoren und die Öffentlichkeit. Und nur die Wissenschaftler erklärten, dass eine solche Idee grundsätzlich nicht möglich sei. Die einfachste Erklärung ist, dass der Manipulator, der ein Atom einfängt, sich für immer mit ihm verbinden wird, da chemische Interaktion stattfindet. Ist es möglich, mit dem Nobelpreisträger in der Chemie Richard Smalley nicht einverstanden zu sein? Doch die Idee und Nanoroboter leben bis jetzt, immer komplexer und wachsen mit neuen Anwendungen.

Die Existenz von medizinischen Nanoroboten.

Dieser Mythos ist in letzter Zeit sehr beliebt – Millionen von Nanoboten müssen sich um den menschlichen Körper herumfliegen, Veränderungen analysieren, die kleinsten Ausfälle mit Nanoscaleps reparieren, Plaketten mit Nano-Läppchen schaben und dabei etwas über die Arbeit berichten. Wo ist aber die Garantie, dass die Nachricht nicht nur vom Arzt, sondern auch von jemand anderem empfangen wird? Es gibt eine Offenlegung von privaten Informationen. Werden Roboter dann Spione? Vor allem der Glaube an Nanowissenschaften ist stark. Überraschenderweise ist schon viel von dem, was in diesem Plan vorgestellt wird, bereits geschaffen. Es gibt invasive Diagnosesysteme, die Veränderungen im Körper melden. Geschaffen und Drogen, die nur auf bestimmte Zellen wirken, gibt es Systeme für die Reinigung der Gefäße aus Plaques und Aufbau von Knochengewebe. Und bei Spionage gibt es große Erfolge – Aufräumen von Erinnerungen, „smart“ Staub und unsichtbaren Tracking-Systemen. Nur solche Systeme der Zukunft haben mit den Drexler-Nanoroboten nichts zu tun, mit Ausnahme der Dimensionen. Solche Errungenschaften werden durch die gemeinsame Arbeit von Physikern, Chemikern und Biologen, die auf dem Gebiet der synthetischen Wissenschaft, der Nanotechnologie tätig sind, möglich.

Vorhandensein einer physikalischen Methode der Synthese von Substanzen.

Sobald Richard Feynman unwissentlich den alten Traum von Physikern verraten hat, sagte man, dass bei der Manipulation von Atomen physikalische Synthese möglich sei. Wie werden sich die Chemiker den Physikern mit Orden für die Synthese des beabsichtigten Moleküls mit bestimmten Eigenschaften zuwenden. Allerdings sind die Chemiker nicht an der Synthese des Moleküls interessiert, sie arbeiten mit der Substanz, ihrer Produktion und Transformation. Das Molekül ist nicht nur eine Gruppe von Atomen, die in einer bestimmten Reihenfolge gelegt werden, sondern auch durch chemische Bindungen verbunden sind. Immerhin ist eine Flüssigkeit, in der zwei Atome Wasserstoff sind ein Sauerstoff, muss nicht unbedingt Wasser sein. Vielleicht ist das nur eine Mischung aus flüssigem Sauerstoff und Wasserstoff. Angenommen, wir haben es geschafft, einen Stapel von acht Atomen zu falten – zwei Kohlenstoff und sechs Wasserstoff. Für einen Physiker ist diese Verbindung C2H6, und der Chemiker wird mindestens zwei weitere Möglichkeiten zur Kombination der Atome anzeigen. Und wie man ein solches Molekül zusammensetzt? Zuerst verschieben Sie zwei Kohlenstoffatome oder fügen Sie dem Kohlenstoff ein Wasserstoffatom hinzu? Wissenschaftler sind in der Lage, Atome zu manipulieren, aber bisher nur schwer und nicht reaktiv. Komplexe Strukturen aus Gold-, Eisen- und Xenonatomen wurden geschaffen. Aber wie man mit leichten und aktiven Atomen von Sauerstoff, Wasserstoff, Kohlenstoff und Stickstoff arbeitet, ist unklar. So ist die Assemblierung von Proteinen und Nukleinsäuren nicht so einfach, wie viele sich vorstellen können. Es gibt eine weitere Nuance, die die Perspektiven für die physikalische Synthese begrenzt. Chemiker bekommen eine Substanz, in der eine riesige Anzahl von Molekülen. In einem Milliliter Wasser sind sie Milliarden Milliarden. Wie lange wird es dauern, bis ein Würfel so gesammelt wird?Die Arbeit an einem Atomkraft- oder Tunnelmikroskop ist wie Kunst, ohne eine spezielle qualitative Ausbildung, die man nicht tun kann – schließlich müssen alle Manipulationen manuell durchgeführt werden, wobei die Zwischenergebnisse ausgewertet werden. Der Prozess kann mit der Verlegung von Ziegeln verglichen werden. Auch wenn man diese Arbeit mechanisiert und eine Million Atome pro Sekunde stapeln kann, dann wird die Reproduktion eines Würfels aus Wasser in 1 cm3 zwei Milliarden Jahre dauern! Das ist der Grund, warum Millionen von Pflanzen nicht das Problem der Synthese lösen, wie eine Million Nanorobots, die in einer Person huschen, wird seine Probleme nicht lösen. Wir haben einfach nicht die Zeit, auf die Ergebnisse ihrer Arbeit zu warten. Deshalb forderte Richard Smalley auch öffentlich Drexler auf, aus seinen Reden die Erwähnung von „Maschinen der Schöpfung“ zu entfernen, um die Öffentlichkeit nicht zu täuschen. Allerdings sollte die Idee eines solchen Erhalts von Materie und Material nicht sofort ein Kreuz sein. Zunächst ist es möglich, nicht durch Atome zu manipulieren, sondern durch wesentlich größere Blöcke, z. B. Kohlenstoff-Nanoröhrchen. In diesem Fall wird das Problem der leichten und aktiven Atome verschwinden, und die Produktivität wird sofort um mehrere Größenordnungen zunehmen. So erhalten schon heute Wissenschaftler in Laboratorien die einfachsten und einzigen Kopien von Nanotechniken. Darüber hinaus ist es möglich, solche Situationen nachzudenken, wenn die Einführung eines Atoms oder einfach der äußere Einfluss den Prozess der Selbstorganisation oder Transformationen im Medium initiiert. Infolgedessen können hochpräzise Oberflächenabtastung und wiederholte Belichtung dazu beitragen, erweiterte Objekte mit einer regulären Nanostruktur zu erzeugen. Ja, und diese Methode kann einzigartige Mustervorlagen für das weitere Klonen erstellen. Die Natur kann mehrere identische Klone von Molekülen und Organismen erzeugen. Viele haben von der Polymerase-Reaktion gehört, wenn ein einzelnes DNA-Fragment, das aus einem biologischen Material extrahiert wurde, künstlich durch chemische Mittel vermehrt wird. Aber warum nicht schaffen ähnliche Maschinen für das Klonen anderer Moleküle? Die bekannten Prinzipien der Chemie verbieten dies nicht, die Multiplikation der Moleküle ist recht realistisch und entspricht den Gesetzen der Natur.

Die Möglichkeit des Auftretens von „grauem Schleim“.

In seinen Werken führte Drexler zwei Arten von Geräten in das Konzept ein. Die ersten sind Demounter, ihre Funktionen sind zurück zu den Monteuren. Solche Mechanismen mussten die Struktur eines neuen Objekts studieren und seine Nanomaterialstruktur im Gedächtnis eines Nanokomputers halten. Ein solches Gerät wäre ein Traum für Chemiker – denn jetzt kann die Wissenschaft nicht alle Atome sehen, zum Beispiel im Protein. Eine genaue Definition der Struktur eines Moleküls ist nur möglich, wenn sie in die Kristallzusammensetzung eintritt, zusammen mit Millionen ähnlicher. Dann kann man mit dem teuren Röntgenbeugungsverfahren die Lage aller Atome im Raum bestimmen. Der zweite Typ war die Schöpfer oder Replikatoren. Ihre Hauptaufgabe war die Online-Produktion von beiden Sammlern und ähnlichen Replikatoren, das heißt in der Tat die Reproduktion von Nanoroboten. Drexler schlug vor, dass Replikatoren viel komplexere Mechanismen als einfache Assemblierer sein sollten und aus Hunderten von Millionen Atomen bestehen. Wenn die Dauer der Replikation in Minuten gemessen wird, dann wird nach der geometrischen Progression über eine Billion neue Schöpfer pro Tag neu erstellt, was neue Sammler produzieren wird. Dieser Mythos sagt, dass es eine Situation geben kann, in der das System nur in das Regime des hemmungslosen Klonens gehen wird, und alle Aktivitäten der Replikatoren werden nur darauf ausgerichtet sein, ihre eigene Bevölkerung zu erhöhen. Es wird wie eine Rebellion von Nanomaschinen aussehen. Es scheint, dass für unsere eigene Konstruktion Nanoroboter nur Atome benötigen, die aus der Umgebung gewonnen werden können, so dass überall in die hartnäckigen Manipulatoren der Bagger fallen wird, als Ergebnis alle Materie auf dem Planeten, und damit werden wir in „grauen Schleim“ – ein Cluster von Nanorobots. Der Mythos vom Ende der Welt ist nicht neu, es ist kein Wunder, dass es mit dem Aufkommen dieser neuen Technologie wieder auftauchte.Fantasien über grauen Schleim sind direkt mit der Nanotechnologie verbunden, dieses Szenario wurde von Filmemachern sehr geliebt, nur die Stärkung der allgemeinen Fehler. Ein solches Vorgehen ist jedoch nicht möglich. Auch wenn man noch an die Möglichkeit glaubt, etwas Wesentliches von Atomen zu versammeln, denke darüber nach. Zuerst werden die Drexler-Replikatoren nicht genug Schwierigkeiten haben, ihre eigene Art zu schaffen. Sogar 100 Millionen Atome reichen nicht aus, um einen Computer-Assembly Manager und sogar für Speicher zu erstellen. Selbst wenn man annimmt, dass 1 Atom 1 Bit Information trägt, beträgt der Gesamtspeicher 12,5 Megabyte, was für diese Aktivität zu klein ist. Darüber hinaus werden Replikatoren nicht in der Lage, die Rohstoffe, die sie benötigen, zu bekommen. Denn ihre elementare Komposition unterscheidet sich deutlich von dem, was in der Umwelt enthalten ist, einschließlich Biomasse. Um die notwendigen Elemente zu finden, zu liefern und zu extrahieren, wird viel Zeit und Energie, und das bestimmt die Geschwindigkeit der Reproduktion. In Makrogrößen wird eine solche Baugruppe ähnlich der Erstellung einer Maschine von Elementen sein, die noch gefunden, extrahiert und von verschiedenen Planeten des Sonnensystems geliefert werden. Daher ist der Mangel an Ressourcen und begrenzt die hemmungslose Ausbreitung von Populationen von anderen Kreaturen, sogar viel anspruchsvoller und angepasst als Nanorobots.

buchstäblich bis 2015 wird der Markt für Nanotechnologie Billionen von Dollar sein.

Der Grund für das Erscheinen eines solchen Mythos war der Bericht der National Science Foundation (NSF) im Jahr 2001, dass der Markt für Nanotechnologie bis 2015 auf 1 Billionen Dollar geschätzt wird. Später wurde diese Aussage noch mehr überschätzt, eine Rekordschätzung heute ist eine Zahl von 3 Billionen Dollar. Allerdings sind solche schreienden Zahlen eher wie Tabloid Schlagzeilen als ernsthafte Marketing-Forschung. Heute können Fachleute nicht einmal klar definieren, was die Nanotechnologie ist. So ist die Mikroelektronik bereits auf dem Weg zu einer Nanoelektronik, weil die Struktur der elektronischen Schaltkreise bereits die Barriere in 100 nm überschritten hat. Dementsprechend wird die Zahl der Unternehmen, die „Nanoprodukte“ produzieren, schnell wachsen. True, sie haben sehr vertraute Namen – Toshiba, GE, Nokia, Bayer, Kraft, etc. Ihre Produkte konnten der evolutionären Nanotechnologie zugeschrieben werden. Aber um den Markt der revolutionären Nanotechnologie genau zu beurteilen, welche Pläne, Atom-Atom-Atome zusammenzubauen, ist schwer zu beurteilen, dementsprechend gibt es keine verständlichen Schätzwerte. Außerdem beurteilt die Marketingforschung nicht die Kosten eines echten Nanotechnologieprozesses, Produkts oder Materials. Es werden nur die Gesamtkosten der Produkte, die die Nanotechnologie beinhalten, gezählt. Dies ist ein subtiler Unterschied und führt zum Auftreten von Milliarden von Dollar in der Berichterstattung. So schätzt Lux Research den Netto-Markt für Nanomaterialien bis 2010 um 3,6 Milliarden Dollar, aber das gesamte Volumen des Nanotechnologie-Marktes wird auf 1,5 Billionen geschätzt! Das ist in der Tat nicht der Markt der Nanotechnologien, sondern der Markt der Produkte, die Nanopartikel enthalten, wird geschätzt. Das gleiche NSF behauptete, dass in der Nanotechnologie-Industrie mehr als 200 Millionen Menschen beschäftigt werden, diese Zahlen wurden in Berichten und in Anträgen auf Zuschüsse geklärt. Doch 8-10 Jahre nach dem Bericht stellte sich heraus, dass die Nanotechnologie-Industrie praktisch nicht existiert, trotz der großen Anzahl von Forschungsgruppen in verschiedenen Bereichen.



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