Wykład 2
Nano – miliardowa część metra – 10^-9
Komputery DNA
Jednym z pomysłów są komputery operujące nie za pomocą elektronów, ale cząstek chemicznych. Taki komputer znajduje się w każdej komórce żywego organizmu, bo każda komórka zawiera kwas nukleinowy – DNA lub RNA. DNA jest przede wszystkim nośnikiem informacji. Informatycy badają możliwość wykorzystywania łańcuchów DNA do obliczeń (np. zespół pod kierownictwem Shapira)
Komputery DNA łączy z prawdziwymi tylko nazwa. Biokomputery nie trafią do domów, choć ze względu na swoją moc obliczeniową będą służyć do wyrafinowanych obliczeń naukowych. Nigdy nie da się z nich zrobić komputera osobistego ani laptopa. Nie będzie się ich podłączać do prądu, zasilane będą paliwem, z którego korzystają komórki. Nie będą miały klawiatury, myszki i monitora. Być może będą kiedyś sterować pracą nanorobotów.
Maszyna do robienia dowolnej rzeczy.
Skoro możemy zamieniać miejscem atomy i tworzyć nowe cząsteczki, to możemy kazać nanorobotom wykonać np. kawałek upieczonego steku wołowego, wystarczy dostarczyć odpowiednio dużo atomów odpowiednich pierwiastków.
- naukowcy w chwili obecnej pracują nad stworzeniem zestawu narzędzi w skali Nano.
- stworzono nanopincety o długości zaledwie kilku milionowych części milimetra, służących do odmierzania substancji o wadze bilionowych części grama.
- nanotechnologia jest również używana do produkcji i pakowania żywności. Zmiany dokonywane na poziomie molekularnym są dokonywane w celu uzyskania konkretnych smaków, kolorów, czy wartości odżywczych; a tzw. „inteligentne opakowania” (smart materials) pozwalają zachować świeżość produktów spożywczych przez dłuższy okres.
Brak dokładnych badań na temat wpływu nanocząsteczek na zdrowie konsumentów wywołał międzynarodową dyskusję i spowodował, że Parlament Europejski zdecydował się znowelizować rozporządzenie regulujące rynek nowej żywności.
Rozwój techniki zależy od :
- dostępnych materiałów
- struktury materiałów
- umiejętności jej kształtowaniu w procesach technologicznych
- wiedzy o tym, jak ona wpływa na właściwości materiałów.
Inżynierska działalność człowieka:
Pomysł – domena twórczości
Projekt – domena wiedzy
Produkt – domena technologii
Nanotechnologia na świecie:
Wielka Brytania – nanotechnologia została uznana za ważną dziedzinę i znalazła się w rządowym programie LINK, którego celem było wspomaganie ważnych nowych technologii. Nanotechnologia coraz powszechniej wkracza na takie pola, jak wytwarzanie precyzyjnych manipulatorów czy produkcja obwodów scalonych i zwierciadeł żyroskopów laserowych.
Niemcy – niemieccy naukowcy wychodzą z założenia, że nanocząsteczki stanowią fazę pośrednią pomiędzy podstawowymi elementami budowy materii – atomami i cząsteczkami – a ciałem stałym, w którym atomy i cząsteczki tworzą mniej lub bardziej uporządkowane struktury.
Japonia – rząd japoński przyznał priorytet rozwojowi technologii budowy mikrourządzeń. Program MITI obejmuje nie tylko masową produkcję litograficzną opartą na krzemie, ale również wiele innych metod obróbki małych elementów z metalu i tworzyw sztucznych za pomocą cięcia i szlifowania każdego pojedynczego elementu.
USA – program DARPA jest największym amerykańskim programem badań mikromechanicznych:
- światłoczuły czujnik przyspieszenia
- urządzenie wielkości zegarka ręcznego mierzące różne parametry, np. ciśnienie powietrza, jego temperaturę i wilgotność.
5. Polska – mimo niewielkich nakładów na naukę oraz badania laboratoryjne prowadzone są badania z zakresu ogólnie pojętej nanotechnologii. Są 3 główne ośrodki badań nad nanotechnologią (25 placówek):
a. Instytuty działające przy PAN
b. Politechnika Warszawska
c. Politechnika Wrocławska
Ośrodki, w których w mniejszym stopniu zajmują się tymi zagadnieniami to Politechnika Śląska i Politechnika Poznańska. We wszystkich tych ośrodkach prowadzi się badania nad następującymi zagadnieniami:
- wspomaganie technologii informacyjnych
- bioinżynieria (biotechnologie)
- nowe systemy (nanosystemy)
- nowe źródła energii (wykorzystywanie nanorurek)
- nowe materiały (smart materials)
Uporządkowanie struktur:
Atom – cząsteczka – warstwa – nanostruktury – nanourządzenia
1mm = 10^-3m
1mikrometr = 10^-6m (mikroskop elektronowy)
1nm =10^-9m (mikroskop sił atomowych AFM)
Przedrostek „Nano” odnosi się do metra jako jednostki długości:
- materiały polikrystaliczne składają się z ziaren o wielkości od kilku do kilkudziesięciu nanometrów
- technologii, w których operuje się składnikami o wielkości nanometrów
- struktury, w której powtarzają się elementy (włókna, warstwy, ziarna) mające rozmiary rzędu nanometrów
Sterowanie strukturami w skali Nano umożliwiło wytwarzanie super wytrzymałych i lekkich stopów na konstrukcje lotnicze, wyprodukowanie dużych, pozbawionych defektów nanokryształów krzemu i rozwój układów scalonych.
Biosteel – włókno prawie tak wytrzymałe jak pajęczyna. Powstaje ono z białka ssaków zmodyfikowanych genetycznie.