Artikel ini adalah pembaruan terencana untuk semua yang Anda ketahui tentang alat paling canggih yang dapat dibuat manusia: nanoteknologi. Peter Diamandis, seorang pengusaha dan insinyur terkenal, kepala dan pendiri X-Prize Foundation, Planetary Resources dan inisiatif lainnya, menguraikan visinya tentang apa yang terjadi di laboratorium di seluruh dunia, dan aplikasi potensial apa dari nanoteknologi menunggu dalam perawatan kesehatan, energi, perlindungan lingkungan lingkungan, ilmu material, penyimpanan dan pemrosesan data.
Karena kecerdasan buatan telah menerima banyak perhatian akhir-akhir ini, kita akan segera mendengar tentang terobosan luar biasa di bidang nanoteknologi.
Asal-usul nanoteknologi
Kebanyakan sejarawan percaya bahwa pencetus istilah tersebut adalah fisikawan Richard Feynman dan pidatonya pada tahun 1959: "Ada banyak ruang di bawah." Dalam pidatonya, Feynman membayangkan hari ketika mesin bisa begitu berkurang dan begitu banyak informasi yang dikodekan dalam ruang kecil sehingga terobosan teknologi yang luar biasa akan dimulai sejak hari itu.
Namun buku Eric Drexler, "Mesin Penciptaan: Era Kedatangan Nanoteknologi", benar-benar mengungkapkan gagasan ini. Drexler datang dengan ide mesin nano yang mereplikasi diri: mesin yang dibuat oleh mesin lain.
Karena mesin ini dapat diprogram, mereka dapat digunakan tidak hanya untuk membuat lebih banyak mesin ini, tetapi apa pun yang Anda inginkan. Dan karena konstruksi ini terjadi pada tingkat atom, robot-nano ini dapat memisahkan segala jenis material (tanah, air, udara, apa pun) atom demi atom dan merakit apa pun darinya.
Drexler menggambar sebuah dunia di mana seluruh perpustakaan Kongres dapat ditampung dalam sebuah chip seukuran kubus gula dan tempat scrubber lingkungan menggosok kontaminan langsung dari udara.
Video promosi:
Tetapi sebelum kita menjelajahi kemungkinan nanoteknologi, mari kita bahas dasar-dasarnya.
Apa itu "nanoteknologi"?
Nanoteknologi adalah sains, teknik, dan teknologi yang dilakukan pada skala nano, yang berkisar dari 1 hingga 100 nanometer. Pada dasarnya, mereka memanipulasi dan memanipulasi material pada tingkat atom dan molekuler.
Untuk Anda pahami, mari bayangkan apa itu nanometer:
- Rasio bumi terhadap kubus anak-anak kira-kira adalah rasio satu meter dengan nanometer.
- Ini sejuta kali lebih kecil dari panjang semut.
- Ketebalan selembar kertas kurang lebih 100.000 nanometer.
- Diameter sel darah merah adalah 7000-8000 nanometer.
- Diameter rantai DNA adalah 2,5 nanometer.
Nanobot adalah mesin yang dapat membangun dan memanipulasi berbagai hal dengan tepat dan pada tingkat atom. Bayangkan sebuah robot yang dapat memanipulasi atom seperti seorang anak dapat memanipulasi batu bata LEGO, membangun apa saja (C, N, H, O, P, Fe, Ni, dll.) Dari blok penyusun atom dasar. Sementara beberapa orang menyangkal masa depan robot nano sebagai fiksi ilmiah, Anda harus memahami bahwa kita masing-masing hidup hari ini berkat operasi nanobot yang tak terhitung jumlahnya di triliunan sel kita. Kami memberi mereka nama biologis seperti "ribosom", tetapi pada intinya mereka adalah mesin yang diprogram dengan fungsi.
Ada baiknya juga membuat perbedaan antara teknologi nano "basah" atau "biologis", yang menggunakan DNA dan mesin kehidupan untuk membuat struktur unik dari protein atau DNA (sebagai bahan bangunan), dan lebih banyak lagi nanoteknologi Drexler, yang melibatkan pembangunan "assembler", atau mesin yang terlibat dalam pencetakan 3D dengan atom skala nano untuk secara efisien menciptakan struktur yang stabil secara termodinamika.
Mari kita lihat beberapa jenis nanoteknologi yang sedang dihadapi para peneliti.
Berbagai jenis nanobots dan aplikasi
Secara umum, ada banyak sekali robot-nano. Ini hanya beberapa di antaranya.
- Mesin sekecil mungkin. Sekelompok fisikawan dari Universitas Mainz di Jerman baru-baru ini membuat mesin atom tunggal terkecil dalam sejarah. Seperti mesin lainnya, mesin ini mengubah energi panas menjadi gerakan - tetapi pada skala terkecil. Atom terjebak dalam kerucut energi elektromagnetik, dan dengan bantuan laser dipanaskan dan didinginkan, yang menyebabkan atom bergerak bolak-balik dalam kerucut seperti piston mesin.
- Mesin nano DNA bergerak 3D. Insinyur mekanik Universitas Negeri Ohio merancang dan membangun komponen mekanis berskala nano yang kompleks menggunakan origami DNA - membuktikan bahwa prinsip desain dasar yang sama yang berlaku untuk mesin ukuran penuh dapat diterapkan pada DNA - dan dapat menghasilkan yang kompleks. komponen terkontrol untuk robot nano masa depan.
- Nanofins. Para ilmuwan di ETH Zurich dan Technion telah mengembangkan "nanofin" elastis dalam bentuk kawat nano polipirol (Ppy) sepanjang 15 mikrometer (sepersejuta meter) dan tebal 200 nanometer yang dapat bergerak melalui cairan biologis dengan kecepatan 15 mikrometer per detik. Nanofin dapat diadaptasi untuk mengirimkan obat dan menggunakan magnet untuk memandu mereka melalui aliran darah untuk menargetkan sel kanker, misalnya.
- Motor nano semut. Para ilmuwan di Universitas Cambridge telah mengembangkan motor kecil yang mampu mengerahkan 100 kali beratnya sendiri pada otot mana pun. Nanomotors baru dapat menghasilkan robot nano yang cukup kecil untuk menembus sel hidup dan melawan penyakit, kata para ilmuwan. Profesor Jeremy Baumberg dari Cavendish Laboratories, yang memimpin penelitian tersebut, menyebut perangkat itu sebagai "semut". Seperti semut sungguhan, ia dapat mengerahkan kekuatan berkali-kali lipat dari bobotnya sendiri.
- Robot mikro menurut jenis sperma. Sebuah tim ilmuwan dari Universitas Twente (Belanda) dan Universitas Jerman di Kairo (Mesir) telah mengembangkan robot mikro mirip sperma yang dapat dikendalikan dengan menggerakkan medan magnet lemah. Mereka dapat digunakan untuk mikromanipulasi canggih dan tugas terapeutik yang ditargetkan.
- Robot berdasarkan bakteri. Insinyur Universitas Drexel telah mengembangkan cara untuk menggunakan medan listrik untuk membantu robot mikroskopis yang didukung oleh bakteri mendeteksi dan menavigasi rintangan. Penerapannya meliputi pemberian obat, manipulasi sel induk untuk mengarahkan pertumbuhannya, atau konstruksi mikrostruktur.
- Rudal nano. Beberapa kelompok penelitian baru-baru ini membangun versi kecepatan tinggi roket skala nano yang dikendalikan dari jarak jauh dengan menggabungkan partikel nano dengan molekul biologis. Ilmuwan berharap untuk mengembangkan roket yang mampu beroperasi di lingkungan apapun; misalnya, untuk mengirimkan obat ke area target tubuh.
Area utama penerapan nano- dan mikromachines
Kemungkinan aplikasi nano- dan micromachines praktis tidak terbatas. Sebagai contoh:
- Pengobatan kanker. Mengidentifikasi dan menghancurkan sel kanker dengan lebih akurat dan efisien.
- Mekanisme pemberian obat. Membangun mekanisme pengiriman obat yang ditargetkan untuk pengendalian dan pencegahan penyakit.
- Pencitraan medis. Penciptaan nanopartikel yang terkumpul di jaringan tertentu dan kemudian memindai tubuh selama pencitraan resonansi magnetik dapat mengungkapkan masalah seperti diabetes.
- Perangkat penginderaan baru. Dengan kemungkinan yang hampir tak terbatas untuk menyesuaikan karakteristik probing dan pemindaian robot nano, kita dapat menemukan tubuh kita dan mengukur dunia di sekitar kita dengan lebih efisien.
- Perangkat penyimpanan informasi. Seorang bioteknologi dan ahli genetika di Harvard Wyss telah berhasil menyimpan 5,5 petabit data - sekitar 700 terabyte - dalam satu gram DNA, melampaui rekor sebelumnya untuk kepadatan data DNA sebanyak seribu kali.
- Sistem energi baru. Nanorobots dapat berperan dalam mengembangkan sistem yang lebih efisien untuk menggunakan sumber energi terbarukan. Atau mereka dapat membuat mesin modern kita lebih hemat energi sedemikian rupa sehingga mereka membutuhkan lebih sedikit energi untuk beroperasi pada efisiensi yang sama.
- Metamaterial ekstra kuat. Ada banyak penelitian di bidang metamaterial. Sebuah kelompok di Institut Teknologi California telah mengembangkan jenis material baru yang terdiri dari penyangga berukuran nano yang mirip dengan Menara Eiffel, yang telah menjadi salah satu yang terkuat dan teringan dalam sejarah.
- Jendela dan dinding pintar. Perangkat elektrokromik yang berubah warna secara dinamis saat potensi diterapkan sedang dipelajari secara luas untuk digunakan di jendela pintar hemat energi - yang dapat menjaga suhu internal ruangan, pembersihan sendiri, dan banyak lagi.
- Spons mikro untuk membersihkan lautan. Spons tabung nano karbon, yang dapat menyedot polutan air seperti pupuk, pestisida, dan obat-obatan, tiga kali lebih efektif daripada opsi sebelumnya.
- Replikator. Juga dikenal sebagai perakit molekuler, perangkat yang diusulkan ini dapat melakukan reaksi kimia dengan mengatur molekul reaktif dengan presisi atom.
- Sensor kesehatan. Sensor ini dapat memantau kimiawi darah kita, memberi tahu kita tentang segala sesuatu yang terjadi, mendeteksi makanan berbahaya atau peradangan di tubuh, dan sebagainya.
- Menghubungkan otak kita ke Internet. Ray Kurzweil percaya robot nano akan memungkinkan kita menghubungkan sistem saraf biologis kita ke cloud pada tahun 2030.
Seperti yang Anda lihat, ini baru permulaan. Kemungkinannya hampir tidak terbatas.
Nanoteknologi memiliki potensi untuk memecahkan beberapa tantangan terbesar yang dihadapi dunia saat ini. Mereka dapat meningkatkan produktivitas manusia, memberi kita semua bahan, air, energi dan makanan yang kita butuhkan, melindungi kita dari bakteri dan virus yang tidak dikenal, dan bahkan mengurangi jumlah alasan untuk mengganggu dunia.
Jika itu tidak cukup, pasar untuk nanoteknologi sangat besar. Pada tahun 2020, industri nanoteknologi global akan tumbuh menjadi pasar $ 75,8 miliar.
ILYA KHEL
