Kunstniku kontseptsioon bio-nanorobotist. Kujutise krediit: NASA. Pilt suuremalt
Kosmoseuuringute järgmise „hiiglasliku hüppe“ tegemiseks mõtleb NASA väikesele - tõesti väikesele.
NASA toetab kogu riigi laborites nanotehnoloogia kasvavat teadust. Põhiidee on õppida aatomimõõtmetes ainetega hakkama saama - suutma piisavalt hästi juhtida üksikuid aatomeid ja molekule molekulide suurusega masinate, täiustatud elektroonika ja “nutikate” materjalide kujundamiseks.
Kui visionääridel on õigus, võib nanotehnoloogia viia robotiteni, mida saate käeulatuses hoida, iseparanevaid kosmoseülikondi, kosmoseelemente ja muid fantastilisi seadmeid. Mõne sellise asja täielikuks väljakujunemiseks võib kuluda rohkem kui 20 aastat; teised võtavad täna laboris kuju.
Asjade väiksemaks muutmisel on oma eelised. Kujutage näiteks ette, kui Marsi teekond Vaim ja Võimalus oleks võinud olla nii väike kui mardikas ja see saaks mardikakannuks üle kivide ja killustiku kraapida, proovides mineraale ja otsides vihjeid Marsi vee ajaloole. Sadadesse või tuhandetesse nendesse deminutiivsetesse robotitesse oleks võinud saata sama kapsli, mis kandis kahte laua suurust kanderaami, võimaldades teadlastel uurida palju enamat planeedi pinda - ja suurendades kivistunud Marsi bakteri komistumise tõenäosust!
Kuid nanotehnoloogia on midagi enamat kui lihtsalt asjade kahandamine. Kui teadlased saavad aineid teadlikult molekulaarsel tasemel korrastada ja struktureerida, ilmnevad mõnikord hämmastavad uued omadused.
Suurepärane näide on nanotehnoloogia maailma süsiniknanotoru kallike. Süsinik esineb looduslikult grafiidina - pehmeks mustaks materjaliks, mida sageli kasutatakse pliiatsijuhtides - ja teemantina. Ainus erinevus nende kahe vahel on süsinikuaatomite paigutus. Kui teadlased korraldavad samad süsinikuaatomid kanatraadi mustriks ja veeretavad need vaid 10 aatomiga minisüdamike torudeks, omandavad saadud nanotorud mõned üsna erakordsed tunnused. Nanotorud:
- terase tõmbetugevus peab olema 100 korda suurem, kuid ainult 1/6 massist;
- on 40 korda tugevamad kui grafiidikiud;
- juhivad elektrit paremini kui vask;
- sõltuvalt aatomite paigutusest võivad olla kas juhid või pooljuhid (näiteks arvutikiibid);
- ja on suurepärased soojusjuhid.
Suur osa praegustest nanotehnoloogilistest teadusuuringutest kogu maailmas keskendub neile nanotorudele. Teadlased on teinud ettepaneku kasutada neid paljudes rakendustes: kosmose lifti jaoks vajaliku ülitugeva ja väikese raskusega kaablis; nanomõõdulise elektroonika molekulaarsete juhtmetena; sisseehitatud mikroprotsessoritesse, et aidata soojust eraldada; ja nanovarraste masinatena väikeste varrastena ja käikudena, kui nimetada vaid mõnda.
Nanotorud on NASA Amesi nanotehnoloogia keskuses (CNT) tehtavate teadusuuringute silmatorkav osa. Keskus asutati 1997. aastal ja selles töötab praegu umbes 50 täiskohaga teadlast.
"[Püüame] keskenduda tehnoloogiatele, mis annaksid kasutuskõlblikke tooteid mõne aasta kuni kümne aasta jooksul," ütles CNT direktor Meyya Meyyappan. "Näiteks vaatleme, kuidas saaks nanomaterjale kasutada täiustatud elu toetamiseks, DNA sekveneerijaid, ülivõimsaid arvuteid ja pisikesi kemikaalide või isegi vähktõve sensoreid."
Keemiasensor, mille nad nanotorude abil välja töötasid, plaanib järgmisel aastal lennata mereväe raketi näidismissioonile kosmosesse. See pisike andur suudab tuvastada spetsiifilisi kemikaale, näiteks mürgiseid gaase, vaid mõni osa miljardist, muutes selle kasulikuks nii kosmoseuuringutes kui ka kodumaa kaitsmisel. CNT on välja töötanud ka viisi nanotorude kasutamiseks personaalarvutites mikroprotsessorite jahutamiseks. See on suur väljakutse, kuna protsessorid muutuvad üha võimsamaks. See jahutustehnoloogia on litsentseeritud Santa Clara linnas Californias, mis on start-up nimega Nanoconduction, ja Intel on isegi huvi üles näidanud, vahendab Meyyappan.
Kui need nanotehnoloogia lühiajalised kasutusalad tunduvad muljetavaldavad, on pikaajalised võimalused tõeliselt mõistvad.
Gruusias Atlanta asuvas sõltumatus NASA rahastatud organisatsioonis NASA täiustatud kontseptsioonide instituut (NIAC) loodi radikaalsete kosmosetehnoloogiate tulevikku suunatud teadusuuringute edendamiseks, mille elluviimine võtab aega 10–40 aastat.
Näiteks rahastas üks hiljutine NIAC grand nanoskaalade tootmise teostatavusuuringut, teisisõnu, kasutades suvalise hulga mikroskoopilisi molekulaarseid masinaid soovitud objekti tootmiseks, koondades selle aatomi järgi aatomi järgi!
Selle NIAC stipendiumi sai Chris Phoenix vastutustundliku nanotehnoloogia keskusest.
Phoenix selgitab oma 112-leheküljelises raportis, et selline „nanofaktor” võiks toota näiteks kosmoseaparaatide osi aatomi täpsusega, mis tähendab, et iga objekti aatom paigutatakse täpselt sinna, kuhu see kuulub. Saadud osa oleks äärmiselt tugev ja selle kuju võiks olla ideaalse kujundusega ühe aatomi laiuses. Ülimalt siledad pinnad ei vaja poleerimist ega õlitamist ning aja jooksul nad praktiliselt ei kanna. Kosmoseaparaatide selline kõrge täpsus ja töökindlus on ülitähtis, kui kaalul on astronautide elu.
Ehkki Phoenix visandas oma raportis mõned töölaua nanofaktorite disainiideed, möönab ta, et töötav nanofaktor on vähemalt kümnendi kaugusel ja võib-olla ka palju kauem - kui tal puudub suur eelarve “Nanhatteni projekt”, nagu ta seda nimetab.
Bioloogiast lähtuvalt uurib Bostoni Kirdeülikooli arvutusliku bionanorobotika labori direktor Constantinos Mavroidis nanotehnoloogia alternatiivset lähenemisviisi:
Nullist alustamise asemel kasutavad Mavroidise NIAC rahastatud uuringus kasutatud kontseptsioonid juba olemasolevaid funktsionaalseid molekulaarseid “masinaid”, mida võib leida kõigist elusrakkudest: DNA molekulid, valgud, ensüümid jne.
Miljöötmete aastate jooksul evolutsiooni teel kujundatud bioloogilised molekulid on ainega manipuleerimisel juba väga osavad - see on põhjus, miks taim suudab õhku, vett ja mustust ühendada ja mahlase punase maasika toota ning inimese keha suudab viimati muunduda öine kartuliõhtusöök tänapäeva uutesse punastesse verelibledesse. Neid aatomeid võimaldava aatomite ümberkorraldamisega tegelevad sajad spetsialiseerunud ensüümid ja valgud ning DNA salvestab nende valmistamise koodi.
Nende "eeltöödeldud" molekulaarmasinate kasutamine või nende kasutamine uute disainilahenduste lähtepunktidena on nanotehnoloogia jaoks populaarne lähenemisviis, mida nimetatakse "bio-nanotehnoloogiaks".
"Miks ratas uuesti leiutada?" Ütleb Mavroidis. "Loodus on andnud meile kogu selle suurepärase, väga rafineeritud nanotehnoloogia elusolendites, nii et miks mitte seda kasutada - ja proovida sellest midagi õppida?"
Biovinanotehnoloogia konkreetsed kasutusalad, mida Mavroidis oma uuringus soovitab, on väga futuristlikud. Üks idee hõlmab bio-nanotehniliste anduritega pakitud karvade õhukeste torude „ämblikuvõrgu” joonistamist kümnete miilide kaugusele maastikule, et kaardistada mõne võõra planeedi keskkond väga detailselt. Teine tema poolt välja pakutud kontseptsioon on astronautide „teine nahk”, mida nad peaksid kandma oma kosmoseülikondade all ja mis kasutaksid bio-nanotehnoloogiat ülikonda läbiva kiirguse tajumiseks ja sellele reageerimiseks ning kõigi sisselõigete või torkehaavade kiireks sulgemiseks.
Futuristlik? Kindlasti. Võimalik? Võib olla. Mavroidis möönab, et sellised tehnoloogiad on arvatavasti aastakümnete kaugusel ja et tulevikus kasutatav tehnoloogia on tõenäoliselt väga erinev sellest, mida me praegu ette kujutame. Sellegipoolest väidab ta, et tema arvates on oluline hakata mõtlema nüüd sellele, mida nanotehnoloogia võib paljude aastate pärast teha.
Arvestades, et elu ise on teatud mõttes nanotehnoloogia ülim näide, on võimalused tõesti põnevad.
Algne allikas: NASA pressiteade
