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Nanotecnologia

Nanotecnologia

Qualquer atividade humana, incompreensível para a maioria, fica imediatamente coberta de mitos. Naturalmente, isso também afetou a nanotecnologia - o principal projeto científico e tecnológico moderno. Todo mundo já ouviu falar sobre isso, mas poucas pessoas imaginam a essência da direção.

Muitos acreditam que a nanotecnologia é a manipulação de átomos e a montagem de micro-objetos a partir deles. Mas este é o principal mito. Os mitos nascem da falta de conhecimento ou da falta de informação; outra opção é deliberadamente plantar ilusões para atrair atenção e, portanto, investir.

No caso do projeto de nanotecnologia, os mitos até ajudaram a iniciar o processo. No entanto, os delírios têm uma qualidade surpreendente - quando nascem, continuam a viver suas vidas.

A nanotecnologia real é tão contrária aos mitos que cria confusão na cabeça das pessoas, sua rejeição e até negação da existência dessa direção em geral. Portanto, consideraremos os principais mitos sobre nanotecnologia.

O fundador e ideólogo da nanotecnologia é Richard Feynman. Este mito é talvez o mais inofensivo. Surgiu em 1992, durante um discurso de um dos profetas da nanotecnologia, Eric Drexler, perante a Comissão do Senado. Para que o projeto seja percebido e promovido, o palestrante se referiu às declarações de Richard Feynman, especialista no campo da física de partículas e da teoria quântica de campos. O fato é que o cientista era ganhador do Nobel e era uma autoridade inabalável aos olhos dos políticos. No entanto, Feynman morreu em 1988 e não pôde refutar essa afirmação. Muito provavelmente, ele teria apenas rido, já que era um coringa famoso. O famoso discurso do cientista, durante o qual a frase lendária foi proferida: "Os princípios da física que conhecemos não proíbem a criação de objetos" átomo a átomo "era geralmente considerado pelos colegas como uma grande piada. No entanto, a idéia de que a manipulação de átomos é possível parece. criativamente desenvolveu essa idéia, que formou a base dos principais mitos da indústria.

Nanotecnologia é livre de resíduos. Parece que, ao criar um objeto átomo por átomo, não pode haver desperdício. No entanto, esse pensamento é inerente às pessoas que olham para a manipulação de átomos apenas em imagens. Não há cachimbos ou drenos. Parece que arrastar um átomo por uma distância de nanômetros e quase nenhuma energia é necessária. A questão de onde o átomo virá para a montagem é quase indecente. A maioria das pessoas tem pouca idéia da tecnologia de produção, mas os átomos não ficam em um armazém esperando a sua vez? Quando consumimos produtos manufaturados, não nos concentramos em sua conexão com uma indústria química tão prejudicial. É ela quem consome petróleo, gás e minérios para suas necessidades. Mas para a nanotecnologia, na opinião de muitos, tudo isso não é necessário - apenas átomos individuais são necessários. No entanto, isso é apenas um idílio, os átomos existem apenas no vácuo, com exceção dos gases inertes. Em outros casos, eles interagem e formam novos compostos químicos - essa é a natureza das coisas. Além disso, qualquer tecnologia requer ferramentas apropriadas, com a ajuda de qual produção será realizada. Microscópios de força e microscópios de túnel, laboratórios estéreis em geral, confundem a imaginação como objetos do futuro. No entanto, tudo isso, como as paredes, o telhado e a fundação, será montado da maneira usual, e não a partir de átomos livres de resíduos. Um dia, a humanidade pode criar uma produção livre de resíduos e ambientalmente amigável, mas será criada usando uma técnica diferente e com princípios diferentes.

A existência de nanomáquinas. Inicialmente, tratava-se de uma técnica diferente. Obviamente, para projetar em escala nano, é necessário ter um manipulador apropriado. Parece que é possível reduzir proporcionalmente seu tamanho organizando fábricas em miniatura que perfurariam e carimbariam peças. No entanto, essa abordagem é direta. No nível micro, ainda funciona, que consiste em dispositivos microeletromecânicos usados ​​em carros, impressoras, aparelhos de ar condicionado, sensores e indicadores. Se você olhar para eles sob um microscópio, poderá encontrar os eixos e engrenagens habituais, pistões, válvulas e espelhos. No entanto, nano-objetos têm propriedades diferentes de macro e micro-objetos. Você não pode. Por exemplo, reduza proporcionalmente o tamanho dos transistores dos atuais 45 nm para 10, já que eles não serão capazes de funcionar - os elétrons começarão a tunelizar através da camada isoladora. E os fios de conexão não podem ser tão grossos quanto um átomo, a corrente não será conduzida através deles. Essa estrutura irá se desintegrar devido ao movimento térmico ou se reunir em uma pilha, interrompendo o contato elétrico. Da mesma forma, com as propriedades mecânicas dos objetos. Com uma diminuição no tamanho, a proporção de área em relação ao volume aumenta e o atrito aumenta. Como resultado, os nanoobjetos começam a aderir literalmente um ao outro ou a outras superfícies que parecem planas devido à sua pequenez. Se você precisar andar em uma parede vertical, mas isso pode ser útil, mas se o dispositivo precisar deslizar ou andar, o oposto é verdadeiro. É preciso muita energia para se mover. Até o nano-pêndulo para imediatamente - o próprio ar se tornará um obstáculo significativo para ele. Os nanoobjetos têm vento alto, mesmo uma partícula de 1 mícron de tamanho sente a força dos impactos de pequenas moléculas, o que podemos dizer sobre elementos de 10 nm, que pesam um milhão de vezes menos e a relação peso / área é 100 vezes menor? No entanto, na mídia, há constantemente descrições de nano-cópias de porcas, engrenagens e outras peças mecânicas, das quais é suposto criar máquinas em operação. Esses projetos não podem ser levados a sério. Os físicos estão percebendo que a criação de dispositivos nanomecânicos ou eletromecânicos requer princípios diferentes dos macro e até micro analógicos. E a natureza ajudará nisso, que ao longo de bilhões de anos de evolução criou uma grande variedade de máquinas moleculares. Leva décadas para descobrir como eles funcionam, como eles podem ser adaptados para atender às suas necessidades e até melhorados. O exemplo mais famoso de um motor molecular natural é o motor flagelar das bactérias. As máquinas biológicas também fornecem contração muscular, transporte de nutrientes e transporte de íons através das membranas celulares. Além disso, essas máquinas moleculares têm alta eficiência - quase 100%. Eles são muito econômicos, uma vez que apenas cerca de 1% da energia da célula é gasta na operação dos motores elétricos que garantem o movimento da célula. Portanto, os cientistas concluem que a maneira mais realista de criar nanodispositivos é a colaboração de físicos e biólogos.

A existência de nanorrobôs. Digamos que você criou um esboço de um nanodispositivo. Mas como colecioná-lo, ou melhor, em várias cópias? Seguindo a lógica de Feynman, você pode criar pequenas máquinas e manipuladores em miniatura que montariam produtos acabados. No entanto, eles devem ser gerenciados por uma pessoa, deve haver algum tipo de equipamento ou programa para controle. Além disso, todos os processos devem ser observados, por exemplo, com um microscópio. Uma idéia alternativa foi apresentada por Eric Drexler em seu livro de fantasia de 1986 Machines of Creation. O autor, que cresceu nos trabalhos de Azimov, propôs o uso de máquinas mecânicas com um tamanho de 100-200 nm - nanorrobôs para a produção de nanodispositivos. Ao mesmo tempo, não era mais uma questão de perfuração ou perfuração, os robôs tinham que montar um dispositivo imediatamente a partir dos átomos, chamados de montadores. No entanto, mesmo aqui a abordagem permaneceu mecânica. Os manipuladores da montadora deveriam ter várias dezenas de nanômetros de comprimento, um mecanismo para mover o robô e uma fonte de energia autônoma deveria ser implementada. Portanto, o próprio nanorobô deve consistir em muitas partes pequenas, cada uma com 100-200 átomos de tamanho. A unidade mais importante do nanorrobô era o computador de bordo, que determinava qual molécula ou átomo deveria ser capturado e onde colocá-lo. No entanto, as dimensões lineares de um computador assim não deveriam ter excedido 40-50 nm, enquanto a tecnologia atual pode criar apenas um transistor desse tamanho. Então Drexler dirigiu o livro para um futuro distante, naquela época os cientistas nem haviam confirmado a possibilidade de manipular átomos individuais. Isso aconteceu depois, quando um microscópio de túnel foi criado, controlado por um computador poderoso com bilhões de transistores. No entanto, o sonho dos nanorrobôs era tão tentador que a descoberta apenas acrescentou credibilidade a ela. Não apenas o próprio autor acreditava no projeto, mas também jornalistas, senadores e o público. E apenas os cientistas explicaram lucidamente que essa ideia é irrealizável em princípio. A explicação mais simples é que o manipulador que capturou o átomo se conectará a ele para sempre, pois ocorrerá uma interação química. É possível discordar disso com o Prêmio Nobel de Química Richard Smalley? No entanto, a idéia de nanorrobôs continua viva até hoje, tornando-se mais complexa e adquirindo novas aplicações.

A existência de nanorrobôs médicos. Ultimamente, esse mito é muito popular - milhões de nanorrobôs devem rondar o corpo humano, diagnosticando alterações, reparando as menores falhas com a ajuda de nanoscalpels, raspando placas com nanoscópios, enquanto relatam em algum lugar o trabalho realizado. No entanto, onde estão as garantias de que a mensagem não será recebida não apenas pelo médico, mas também por outra pessoa? A divulgação de informações privadas é evidente. Os robôs se tornarão espiões? Além disso, a crença em nanospies é forte. Surpreendentemente, muito do que é apresentado neste plano já foi criado. Existem sistemas de diagnóstico invasivos que relatam alterações no corpo. Também foram criados medicamentos que atuam apenas em determinadas células; também existem sistemas para limpar os vasos sanguíneos das placas e formar tecido ósseo. E em termos de espionagem, há grandes sucessos - limpeza de memórias, poeira "inteligente" e sistemas de rastreamento invisíveis. Somente esses sistemas do futuro não têm nada a ver com os nanorrobôs da Drexler, exceto pelo seu tamanho. Tais conquistas serão possíveis através do trabalho conjunto de físicos, químicos e biólogos que trabalham no campo da ciência sintética e da nanotecnologia.

A presença de um método físico para a síntese de substâncias. Era uma vez, Richard Feynman, involuntariamente, traiu um antigo sonho dos físicos, disse que a síntese física é possível na manipulação de átomos. Assim, os químicos se voltam para os físicos com ordens para a síntese de uma molécula alvo com propriedades específicas. No entanto, os químicos não estão interessados ​​na síntese de uma molécula, eles trabalham com uma substância, sua produção e transformação. Uma molécula não é apenas um grupo de átomos dispostos em uma determinada ordem; eles também são conectados por ligações químicas. Afinal, um líquido no qual existe um oxigênio para dois átomos de hidrogênio não será necessariamente água. Talvez seja apenas uma mistura de oxigênio líquido e hidrogênio. Digamos que você conseguiu reunir um monte de oito átomos - dois de carbono e seis de hidrogênio. Para um físico, esse composto é C2H6, e um químico indicará pelo menos mais duas possibilidades de combinação de átomos. E como essa molécula pode ser montada? Mova dois átomos de carbono primeiro ou adicione um átomo de hidrogênio ao carbono? Os cientistas sabem como manipular átomos, mas até agora apenas pesados ​​e não reativos. Estruturas complexas foram criadas a partir de átomos de ouro, ferro e xenônio. Mas como trabalhar com átomos leves e ativos de oxigênio, hidrogênio, carbono e nitrogênio não é claro. Assim, a montagem de proteínas e ácidos nucleicos não é tão simples quanto muitos estão tentando imaginar. Há mais uma nuance que limita as perspectivas de síntese física. Os químicos obtêm uma substância na qual há um grande número de moléculas. Existem bilhões de bilhões deles em um mililitro de água. Quanto tempo levará para montar um cubo atômico desse tipo. Agora, trabalhar com uma força atômica ou um microscópio de tunelamento é semelhante à arte, você não pode prescindir de uma educação especial de alta qualidade - afinal, todas as manipulações devem ser feitas manualmente, avaliando resultados intermediários. O processo pode ser comparado à colocação de um tijolo. Mesmo se você mecanizar esse trabalho e conseguir empilhar um milhão de átomos por segundo, serão necessários dois bilhões de anos para reproduzir um cubo de 1 cm3 de água! É por isso que milhões de fábricas não resolverão o problema de síntese, assim como um milhão de nanorrobôs que correm dentro de uma pessoa não resolverá seus problemas. Nós simplesmente não temos vida suficiente para esperar pelos resultados do trabalho deles. Foi por isso que Richard Smalley chamou publicamente Drexler a remover a menção de "máquinas de criação" de seus discursos, para não enganar o público. No entanto, a ideia de obter essa substância e materiais não deve ser imediatamente abandonada. Primeiro de tudo, não são átomos que podem ser manipulados, mas blocos muito maiores, por exemplo, nanotubos de carbono. Nesse caso, o problema dos átomos leves e ativos desaparecerá e a produtividade aumentará imediatamente em várias ordens de magnitude. Assim, hoje os cientistas dos laboratórios já estão recebendo as cópias mais simples e simples dos nanodispositivos. Além disso, pode-se chegar a essas situações quando a introdução de um átomo, ou simplesmente um impacto externo, inicia o processo de auto-organização ou transformações no ambiente. Como resultado, a varredura de superfície altamente precisa e a exposição repetida podem ajudar a criar objetos estendidos com uma nanoestrutura regular. E esse método pode criar modelos de amostra exclusivos para clonagem adicional. A natureza sabe como criar múltiplos clones idênticos de moléculas e organismos. Muitos ouviram falar da reação da polimerase, quando um único pedaço de DNA extraído do material biológico é multiplicado artificialmente por meios químicos. Mas por que não criar máquinas semelhantes para clonar outras moléculas? Os princípios conhecidos da química não proíbem isso, a reprodução de moléculas é bastante real e corresponde às leis da natureza.

Possibilidade de aparência de "muco cinza". Em seus trabalhos, Drexler introduziu dois tipos de dispositivos no conceito. O primeiro são analisadores, suas funções são revertidas para colecionadores. Tais mecanismos deveriam estudar a estrutura de um novo objeto, preservando sua estrutura atômica na memória do nanocomputador. Tal dispositivo seria um sonho para os químicos - afinal, até agora a ciência não pode ver todos os átomos, por exemplo, em uma proteína. Uma determinação precisa da estrutura de uma molécula só é possível se for incluída na composição de um cristal, junto com milhões de similares. Então, usando o caro método de análise estrutural de raios-X, você pode determinar a posição de todos os átomos no espaço. O segundo tipo foram os criadores ou replicadores. Sua principal tarefa era ser a produção contínua de colecionadores e replicadores de sua própria espécie, ou seja, a reprodução de nanorrobôs. Drexler sugeriu que os replicadores devem ser mecanismos muito mais complexos do que montadores simples e consistir em centenas de milhões de átomos. Se a duração da replicação for medida em minutos, depois de uma progressão geométrica, mais de um trilhão de novos criadores serão recriados por dia, que produzirão novos colecionadores. Esse mito diz que é possível que ocorra uma situação em que o sistema mude apenas para um modo de clonagem desenfreada, e toda a atividade dos replicadores tenha como objetivo apenas aumentar sua própria população. Vai parecer uma espécie de tumulto de nanomáquinas.Parece que, para sua própria construção, os nanorrobôs precisam apenas de átomos que podem ser obtidos do meio ambiente, então tudo ao seu redor cairá nos tenazes manipuladores dos desmanteladores, como resultado, toda a matéria do planeta e, com ela, nos transformaremos em "lodo cinza" - um aglomerado de nanorrobôs. O mito do fim do mundo não é novo, não admira que tenha reaparecido com essa nova tecnologia. As fantasias sobre a gosma cinzenta estão diretamente relacionadas à nanotecnologia, este cenário gosta muito de cineastas, apenas reforçando o equívoco geral. No entanto, esse curso de eventos é impossível. Mesmo se você ainda acredita na possibilidade de reunir algo essencial dos átomos, pense sobre isso. Primeiro de tudo, os replicadores Drexler não terão a complexidade de criar seu próprio tipo. Mesmo 100 milhões de átomos não são suficientes para criar um computador com controle de montagem ou mesmo memória. Mesmo se assumirmos que 1 átomo carregará 1 bit de informação, a quantidade total de memória será de 12,5 megabytes, o que é muito pequeno para esta atividade. Além disso, os replicadores não poderão receber as matérias-primas necessárias. Afinal, sua composição elementar é visivelmente diferente daquela que faz parte do ambiente, incluindo a biomassa. Demora muito tempo e energia para encontrar, fornecer e extrair os elementos necessários, e isso determina a taxa de reprodução. Nas dimensões macro, essa montagem será semelhante à criação de uma máquina-ferramenta a partir de elementos que ainda precisam ser encontrados, extraídos e entregues a partir de diferentes planetas do sistema solar. Portanto, a falta de recursos e limita a disseminação desenfreada de populações de quaisquer outras criaturas, ainda mais perfeitas e adaptadas que os nanorrobôs.

Até 2015, o mercado de nanotecnologia será de trilhões de dólares. A razão para esse mito foi o relatório da National Science Foundation (NSF), em 2001, de que o mercado de nanotecnologias valeria um trilhão de dólares até 2015. Mais tarde, essa afirmação foi ainda mais superestimada, a estimativa recorde hoje é de US $ 3 trilhões. No entanto, esses números chamativos são mais como manchetes dos tablóides do que sérias pesquisas de mercado. Hoje, os especialistas não conseguem nem definir claramente o que é nanotecnologia. Assim, a microeletrônica já está a caminho de se tornar nanoeletrônica, porque a estrutura dos circuitos eletrônicos já ultrapassou a barreira dos 100 nm. Consequentemente, o número de empresas que produzem "nanoprodutos" crescerá rapidamente. É verdade que eles terão nomes muito familiares - Toshiba, GE, Nokia, Bayer, Kraft, etc. Seus produtos podem ser classificados como nanotecnologia evolutiva. Mas avaliar com precisão o mercado da nanotecnologia revolucionária, que planeja montar dispositivos átomo por átomo, é difícil de avaliar e, portanto, não pode haver estimativas inteligíveis. Além disso, a pesquisa de marketing não estima o valor de um processo, produto ou material nanotecnológico real. Apenas o custo total dos produtos é calculado, incluindo a nanotecnologia. Essa é uma diferença sutil e resulta em bilhões de dólares em relatórios. Assim, a estimativa da Lux Research estima o mercado líquido de nanomateriais até 2010 em US $ 3,6 bilhões, enquanto todo o volume do mercado de nanotecnologia é estimado em US $ 1,5 trilhão! Na verdade, não é o mercado de nanotecnologia avaliado, mas o mercado de produtos que contêm nanopartículas. O mesmo NSF afirmou que mais de 200 milhões de pessoas seriam empregadas na nanoindústria, esses números soavam em relatórios e em pedidos de subsídios. No entanto, 8 a 10 anos após o relatório, verificou-se que a indústria de nanotecnologia praticamente não existe, apesar do grande número de grupos de pesquisa em diferentes áreas.


Assista o vídeo: Qué es la Nanotecnología? Cómo surgió. Ventajas y desventajas. Nanobots y nanomateriales (Julho 2021).