Робот от течен метал или око от наночастици?

Какво според вас представлява едно изобретение? Първото, което изниква в главата ми, е: електрическа крушка, грамофон, самолет… айпад? Когато говорим за изобретения, обикновено в представите си виждаме образ на гениален, разсеян, луд учен, който по случайност или съвсем нарочно изобретява велики неща, като например машина на времето. Е, за нея ще почакаме още…

Много малко хора днес биха се сетили да мислят за изобретенията в насоката на „днешния хит“ – нанотехнологиите. Да, писали сме много по тази тема, около нея са създадени десетки филми, сериали (Revolution!). И въпреки това онова, което окото не може да види, а ръката да пипне, рядко се асоциира с голямо изобретение в представите ни.

Нанотехнологиите са научна област, която е наистина нова. Допреди 1975 година никой дори не подозираше за възможностите на микро-микро-микро технологиите. Невъоръженото човешко око може да вижда обекти не по-малки от 0.1 мм. А в обсега на нанотехнологиите са човешки изобретения, чиито физически размери са… 100 000 пъти по-малки! Ето само малка част от тях.

 

Самозареждащ се течен метал

Това е течнометална сплав (прадядото на теминатора Т1000!!!), съставена от галий, иридий и калай, която може да бъде контролирана с електрически импулси така, че да формира сложни форми или да обикаля из лабораторните петрита. Аналогията със злия терминатор от Terminator 2 изобщо не е толкова далечна – само по отношение на тялото му, разбира се!

Течното „роботче“ е създадено в университета Цинхуа в Пекин, Китай, под ръководството на Джинг Лиу. Според изследователите от екипа му тази течна машинка извършва интелигентни движения и може да се променя според пространството около нея и необходимите действия, които трябва да извърши. Този тип метални сплави се наричат биомиметрични, защото могат да копират биохимични процеси и реакции, въпреки че са изградени от „неживи“, неорганични елементи.

 

Електрическите импулси могат да управляват течния метал, но той на практика се движи със собствено захранване. Движението е възможно заради разликите в електрическите потенциали в „тялото“ му, които създават разлики в налягането между предния и задния му край. Този процес е пример за преобразуване на химичната енергия в механична, но спокойно – създаването на терминатори е много надалеч в бъдещето. Целият този процес на движение е възможен само в течна среда, съдържаща химичното вещество натриева основа (NaOH). 

 

Нанолепенки

Трипанофоби, радвайте се! Впрочем… не знаете какво е трипанофобия? Това е страх от игли и спринцовки. Времената на неприятните убождания постепенно си отиват и в близко бъдеще може би няма да се налага чичо доктор да ви боцка.

Изследователи от университета Йорк работят над създаването на лепенка, доставяща всички лекарства, от които се нуждаете, през кожата - без нужда от игли. Лепенката със „стандартен“ размер се прикрепя на ръката и доставя точно определена доза от лекарства, пакетирани в частици с наноразмери. Толкова малки, че спокойно преминават през фоликулите на космите и лесно навлизат в кръвния поток.
Наночастиците са с размер под 20 нанометра всяка! Представете си частици с размер 0.000002 см! Те навлизат с лекота в организма и се свързват с вредните клетки (чужди организми, вируси, ракови клетки). След това ги убиват и накрая се отделят извън организма заедно с умрелите клетки чрез отделителната система на организма.

 

А кое е най-якото? След като бъде тествана и доусъвършенствана, нанолепенката може да бъде използвана за лечение на бича на човечеството – рака. За разлика от ужасяващите последици на химиотерапията наночастиците ще могат да убиват раковите клетки избирателно, оставяйки живи нормалните клетки. Проектът, наречен NanJect, е започнал като стартъп през 2013 от студентите Атиф Сиед и Закария Хюсеин - финансиран е, като още е в етап на разработка. Стискаме палци.

 

Воден нанофилтър

Помните ли нефтения разлив, инцидента на British Petroleum в Мексиканския залив през 2010 година? Ужасяващите екологични последици в региона и последващата глоба от близо 14 милиарда долара за компанията. Е, такива инциденти в бъдеще може би ще бъдат избегнати благодарение на изследователи от университета в Охайо, САЩ.

Нанотехнологията, която те разработват, представлява специално покритие, слой с дебелина едва няколко нанометра, което се нанася на фина стоманена мрежа. Тази мрежичка позволява на водата да преминава свободно през нея, но нанопокритието задържа нефта и го отделя от морската вода.
Създаването на водния нанофилтър е вдъхновено отново от природата. Листата на лотоса, известни още като „водни лилии“, имат подобни възможности, само че противоположни на нанофилтъра. Те могат да отблъскват водата, но да задържат мазнините. Листата на лотоса от години са източник на вдъхновение на учените, което в крайна сметка води и до създаване на супер хидрофобни (отблъскващи водата) материали през 2003 година.

 

За създаване на нанопокритието учените имитират грапавата повърхност на листа на лотоса, но вграждат в нея молекулите на прочистващия агент, задържащ нефта. В резултат се получава сепарация (отделянe) на нефтения продукт от водата. Невидимото за човешкото око покритие може да бъде изработено на много ниска цена от малко повече от един долар за квадратен метър.

Пречиствател на въздуха за подводници

Всички сме гледали филми за подводници – стари, нови, екшъни или драми. Само че на екрана няма как да разберете за миризмата, с която всеки един член на подводните лодки трябва да свикне. Отделеният въглероден диоксид трябва да бъде премахван от въздуха на подводницата непрекъснато, така че един и същи въздух циркулира непрекъснато във вътрешността й. Изчислено е, че по време на една мисия всеки член на екипажа вдишва и издишва около 100 пъти целия въздух на борда. Който трябва да се рециклира непрекъснато все пак.

За пречистване на опасния CO_² се използват химични вещества – амини, които поемат вредния въглероден диоксид, но… оставят във въздуха натрапчива миризма на нефт и сяра. Би било супер, ако тази гадна миризма може да се избегне, нали?

SAMMS е интересен нанопродукт, подобен на пясък – всъщност комбинация от песъчинки и наночастици. Абревиатурата е съкратено от (Self-Assembled Monolayers on Mesoporous Supports). Този изключително порест, пропускащ въздуха и неотделящ миризливи ухания материал може да премахва успешно въглеродния диоксид и да замести досегашните течни амини.
SAMMS се разделят на различни типове, вързващи различни молекули. Но всички те имат невероятен капацитет да задържат веществата, към които са адаптирани. Една-единствена чаена лъжичка от такова вещество притежава достатъчна пречиствателна повърхност, колкото цяло футболно игрище. Нужно ли е да казваме как използването на нано пречистващите въздуха системи ще промени начина на живот на подводниците и… космическите кораби?

 

Управляем електрически нанопроводник

Знам, че звучи малко сложно, но сега ще го обясним. Учени от САЩ са открили метод за създаване на електрически проводник, само че с наноразмери. Той представлява наночастица, която може да бъде преконфигурирана (променяна) така, че да насочва електрическите потоци в различни посоки по всяко време, по команда. Наночастицата може да замества много от стандартните днес за микроелектрониката токоизправители, превключватели, диоди.

Всяка такава частица е с размер 5 нанометра и е покрита с положително заредено вещество, като отвън е обградена с отрицателни атоми (йони). Прилагането на електрически заряд към наночастицата променя конфигурацията на йоните около нея. И оттам съответно характеристиките на полупроводника с нано размери.

Възможностите на това откритие са невероятни. Материалите, създадени по този начин, могат да пренареждат конфигурацията си и да се използват за различни математически обработки във всеки един момент. Използвайки такъв наноматериал, електрониката на бъдещето може да бъде препрограмирана да пренасочва електрическите импулси по различен начин. Което ще рече, че… хардуерът ще може да се обновява (ъпдейтва) толкова лесно, колкото днес правим това със софтуера! Вместо да подменяме чиповете си на 2-3 години с по-нови и мощни, просто пускаме специални команди към „старите“, които се преконфигурират, пренареждат структурите си, логиката си и… се получават нови, по-модерни чипове, без да сменяте нищо. Терминът „остаряла електроника“ ще иде в миналото.

 

Полупроводниците с наноразмери притежават и още едно потенциално приложение. Те могат да играят ролята на „мост“ между различните технологии – изчислителна, захранваща и т.н. С тяхна помощ могат да се създадат „перфектните“ захранващи адаптери. Защото ще можете по всяко време да препрограмирате единствения си адаптер така, че да може да зарежда телефона, компютъра или дори автомобила ви!

 

Нано зарядно устройство

Определено, ако това изобретение излезе скоро на пазара, няма да се нуждаете повече от никакви кабели. Тази нанотехнология принципно работи като… „гъба“, която изсмуква всякаква кинетична енергия от околната среда и я канализира във вид на електричество в телефона ви. Въпросният наноматериал е пиезоелектричен – тоест може да генерира електричество, когато се намира под механично въздействие. Материалът е съставен от микропори с наноразмери, които го правят да изглежда като еластична гъба. Всяко едно движение около нея я кара да трепти, да се движи и следователно – да генерира и складира електрическа енергия.

 

Официалният термин за тази технология е „наногенератор“. Ако учените успеят скоро да я вкарат в действие, материалите, изработени от нея, ще могат например да бъдат част от корпуса на телефона. По този начин нанотехнологията ще може да захранва устройството ви, докато то се намира например в жабката на автомобила ви или в джоба ви, докато ходите. Принципите на тази технология не са ограничени само до персоналните малки устройства, а могат да се използват и на индустриално ниво, според създателите от университета Уисконсин-Мадисън.

Изкуствена ретина

Базираната в Израел компания Nano Retina работи над създаването на интерфейс, който може директно да свързва мозъчните неврони към очите и да извършва нервна стимулация така, че да помогне на слепи хора да виждат отново. Към момента са проведени успешни опити с птици, като нервната дейност потвърждава, че специалният нанофилм (изкуствена ретина) е помогнал на напълно сляпа птица да вижда отново светлина.

Разбира се, до създаването на истинска наноретина предстои да бъде извървян много дълъг път, но след малко ще разберете защо си струва.

 

Наноретината не е единственият съвременен метод, който има за цел да помогне на хора с увредено зрение. Съществуват най-различни други такива, които дори са по-напреднали по отношение на крайния ефект. Само че нанотехнологията обещава много повече за в бъдеще – тя е най-издръжлива, ефективна и гъвкава. Последният факт е особено важен, защото все пак това „нещо“ трябва да бъде вътре в нежното човешко око, нали? Изработването на ретина от наноматериали ще елиминира много от проблемите, с които се сблъскват останалите технологии, като например наличието на тежки и нараняващи окото метали, жици и ниска разделителна способност на виждане.

 

Светещи дрехи

Ето и нещо по-забавно. Учени от Шанхайски университет работят над усъвършенстването на излъчващи светлина нишки, от които могат да се създават цели дрехи. Всяко влакно притежава стоманена основа (ядро) от много тънка нишка, подобно на жица, която е покрита със специални наночастици – слой от електролуминесцентен полимер, плюс допълнителен предпазен слой от прозрачни нанотръбички.
Резултатът – много тънки и леки влакна с достатъчна гъвкавост, които могат да излъчват светлина, захранвани от собствен електрохимичен източник. На всичко отгоре нужната им енергия за работа е много по-ниска дори от тази на днешните LED крушки.

Тези нановлакна съществуват на практика и сега, но имат няколко съществени недостатъка. Първо – техният живот е само от няколко часа, след което са неизползваеми. Въпреки това учените са оптимистично настроени и смятат, че след време ще успеят да удължат живота им хилядократно. И сигурно ще успеят, но тогава ще се сблъскат с още един проблем – тези светещи заради нановлакната дрехи няма да могат да се… перат! Ама че неприятно, а?

Е, с течение на времето вероятно ще се намери решение и на този проблем, но дотогава нищо не пречи от такива материи да се правят части от облеклото, които не се налага да се перат често (като например бейзболни шапки, наколенки и др.).

Приложението на такива светещи материи и в други области на ежедневието ще бъде прието много широко. Представете си – специални еднократни дрехи в болниците, маркиращи сигнали по дрехите в тъмното или най-елементарното – светещи в ретро неоново дрешки за купон?

 

Микрохирургични игли

Посоченият по-нагоре метод за замяна на иглите с нанолепенки може да замени иглите на спринцовките. Но когато наистина се налага да ползвате игли, дали няма да е полезно те да са с размери на молекули? Определено. В такива случаи те могат да заменят нуждата от хирургична намеса или поне да я облекчат.

Наскоро подобни опити са извършени над мишки – инжектиране на нуклеинови киселини, които стимулират определени органи и нервни клетки да се регенерират и да възстановяват изгубени функции.
Ако и това откритие бъде потвърдено и усъвършенствано, тогава използваните наноигли ще могат да остават след интервенцията в тялото, като ще се разграждат само за броени дни в организма и ще изчезват. При тестовете не са открити вредни странични ефекти от това нещо, а наноиглите са използвани за изграждане на кръвоносни съдове в гръбната мускулатура на мишки.

 

Ако се прилагат на хора, наноиглите, инжектиращи аминокиселини, могат да се ползват при случаи на трансплантирани органи. Така по-лесно ще се подготвят околните тъкани за приемането на различния нов орган. Друга полезна функция на наноиглите би била в случаите на пациенти с тежки изгаряния – микродозите от специални вещества ще „препрограмират“ останалите живи клетки да се възстановяват и да функционират нормално, вместо да се израждат и променят във вид на ужасяващи белези.

 

3D химичен принтер

Химикът от университета в Илиноис, САЩ, Мартин Бърк е сравняван често с Уили Уонка. Ако не сте гледали „Чарли и шоколадовата фабрика“, не е зле да го направите. А ако сте, то ще знаете, че героят на Джони Деп можеше да прави чудеса.

Използвайки набор от основни, градивни химични молекули на много вещества, ученият може да създава голям брой различни химикали с още по-вълшебни свойства, като например екзотичното вещество ратанин, съдържащо се само в едно рядко перуанско цвете.

 

Идеята на триизмерния химичен синтез е да могат да се създават по програмируем начин специални молекули вещества, нужни за медицината, електрониката (LED екрани, соларни панели). Вещества, чието създаване днес отнема години на квалифицираните химици, за да успеят да ги синтезират в големи количества.

Днешният прототип на „химичния принтер“ на Мартин Бърк е все още ограничен, но дори сега той може да създава нови лекарства. Надеждата на изобретателя е някой ден да бъде създадена дори домашна версия. И така всеки човек да може да разполага с един вид „домашен фармацевт“. Разболявате се, разбирате какво лекарство ви трябва, задавате команда към „принтера“ и той след броени секунди ви „изплюва“ необходимата доза от него. Интересно, нали?