10 Ukonvensjonelle bruksområder for nanoteknologi

Det er vanskelig å forestille fremtiden uten tilstedeværelse av nanoteknologi. Manipuleringsmateriale på atom- og submolekylært nivå har banet vei for store gjennombrudd i kjemi, biologi og medisin. Likevel er utviklingsapplikasjonene til nanoteknologi langt bredere og mer varierte enn det vi har forestilt oss.

10Film Making

Uten oppfinnelsen av skanningstunnelingsmikroskopet (STM) på 1980-tallet, kan nanoteknologiens felt ha ligget seg sciencefiction. Med sin atomiske presisjon har STM gjort det mulig for fysikere å studere stoffets struktur på en måte som var umulig med konvensjonelle mikroskoper.

Det forbløffende potensialet for STM ble demonstrert av forskere ved IBM da de opprettet En gutt og hans Atom, som var verdens minste animerte film. Den ble produsert ved å flytte enkelte atomer på en kobberoverflate.

90-sekundersfilmen skildrer en gutt laget av karbonmonoksidmolekyler som spiller med en ball, danser og hopper på en trampolin. Bestående av 202 rammer, tar animasjonen tiltak i et mellomrom så lite som 1/1000 størrelsen på et enkelt menneskehår. For å lage filmen brukte forskerne en unik funksjon som følger med STM: en elektrisk ladet og ekstremt skarpt pekepinne med et tips laget av ett atom. Pennen er i stand til å føle nøyaktig posisjonene til karbonmolekylene på animasjonsflaten (som er kobberarket i dette tilfellet). Derfor kan den brukes til å lage bilder av molekylene så vel som å flytte dem til nye stillinger.

9Og Recovery

De globale utgiftene for oljeutforskning har økt eksponentielt i løpet av det siste tiåret. Effektiviteten i oljeutvinningen har imidlertid vært et stort problem. Når petroleumsselskapene slår av en oljebrønn, blir mindre enn halvparten av oljen i reservoaret ekstrahert. Resten blir etterlatt fordi den er fanget i fjellet hvor det er for dyrt å gjenopprette. Heldigvis, med hjelp fra nanoteknologi, har forskere i Kina oppdaget en måte å jobbe rundt på dette.

Løsningen forbedrer en eksisterende boreteknikk. Den opprinnelige teknikken innebærer å injisere vann inn i steinporene der oljen ligger. Dette fortjener oljen og tvinger den ut. Imidlertid avslører denne metoden sin begrensning så snart oljen i de lettoppnådde porene er blitt ekstrahert. Da begynner vannet å komme opp fra brønnen i stedet for olje.

For å forhindre dette har kinesiske forskere Peng og Ming Yuan Li kommet med ideen om å infisere vannet med nanopartikler som kan plugge passasjer mellom bergporene. Denne metoden er ment å gjøre vannet ta smalere veier inn i porene som inneholder olje og tvinge oljen ut. Med vellykkede feltstudier utført i Kina, har denne metoden vist seg å være svært effektiv når det gjelder å gjenvinne 50 prosent av det svarte gullet som ellers forblir utenfor rekkevidde.

8High-Resolution Displays

Bildene på dataskjermer presenteres via små punkter som kalles piksler. Uansett størrelser og former har antall piksler på en skjerm blitt en avgjørende faktor for bildekvalitet. Med tradisjonelle skjermer mente flere piksler større og større skjermbilder - en åpenbar begrensning.

Mens bedrifter var opptatt av å selge sine kolossale skjermer til forbrukere, har forskere fra Oxford University oppdaget en måte å skape piksler som bare er noen få hundre nanometer over. Dette ble oppnådd ved å utnytte egenskapene til et faseskiftemateriale kalt GST (et materiale som finnes i termiske styringsprodukter). I eksperimentet brukte forskerne syv nanometer tykk lag av GST sandwichet mellom gjennomsiktige elektroder. Hvert lag - bare 300 med 300 nanometer i størrelse - virker som en piksel som kan slås på og av elektrisk. Ved å sende elektrisk strøm gjennom lag, var forskerne i stand til å produsere bilder med god kvalitet og kontrast.

Nano-pikslene vil tjene en rekke formål der konvensjonelle piksler er blitt upraktiske. For eksempel vil deres lille størrelse og tykkelse gjøre dem til et godt valg for teknologier som smarte briller, sammenleggbare skjermer og syntetiske retinas. En annen fordel med nano-pixel skjermer er deres lavere energiforbruk. I motsetning til eksisterende skjermer som kontinuerlig oppdaterer alle piksler for å danne bilder, oppdaterer de GST-lagbaserte skjermene bare den delen av skjermen som faktisk endres, og sparer strøm.

7Color-Changing Paint

Mens eksperimenterer på strenger av gull nanopartikler, har forskere ved University of California snublet over en forbløffende observasjon. De har lagt merke til at fargene på gull endres når en streng av partiklene strekkes eller trekkes tilbake, og produserer en av forskerne beskrevet som en vakker lyseblå som morphs til lilla og deretter rød. Funnet har inspirert forskerne til å skape sensorer ut av gull nanopartikler som forandrer farger når press påføres dem.

For å produsere sensorene må gull nanopartikler legges til en fleksibel polymerfilm. Når filmen presses, strekker den seg og får partikler til å skille og fargen endres. Ved å trykke lett svinger sensoren lilla mens du trykker på hardere, blir den rød. Forskerne la merke til denne spennende eiendommen, ikke bare i gullpartikler, men også i sølv hvor partiklene forandret seg til gule når de strukket.

Sensorene kan tjene en rekke formål. For eksempel kunne de bli innlemmet i møbler, for eksempel sofaer eller senger, for å vurdere sitteplasser eller soveposisjoner. Til tross for at det er laget av gull, er sensoren liten nok til å overvinne kostnadsproblemet.

6Phone lading

Enten det er en iPhone, Samsung eller en annen type telefon, kommer alle smarttelefoner som går fra fabrikken med to beryktede ulemper: batterilevetid og tiden det tar å lade opp.Mens den første er et universelt problem, har forskere fra byen Ramat Gan i Israel klart å takle det andre problemet ved å lage et batteri som krever bare 30 sekunder å lade opp.

Gjennombruddet ble tilskrevet et prosjekt relatert til Alzheimers sykdom som ble utført av forskere fra Universitetet i Tel Aviv. Forskerne oppdaget at peptidmolekylene som forkorter hjernens neuroner og forårsaker sykdom, har en meget høy kapasitans (evnen til å bevare elektriske ladninger). Dette funnet har bidratt til grunnlaget for StoreDot, et selskap som fokuserer på nanoteknologier som retter seg mot forbrukerprodukter. StoreDot har med hjelp fra forskere utviklet NanoDots-teknologi som utnytter peptidernes egenskaper for å forbedre batteritiden til smarttelefoner. Selskapet demonstrerte en prototype av batteriet i Microsofts ThinkNext-arrangement. Ved å bruke en Samsung Galaxy S3-telefon ble batteriet ladet fra null til fullt på mindre enn et minutt.

5Sophisticated Drug Delivery

Behandlinger for sykdommer som kreft kan være uoverkommelig dyrt og i noen tilfeller for sent. Heldigvis forsker flere medisinske firmaer fra hele verden på billige og effektive måter å behandle sykdommer på. Blant dem er Immusoft, et selskap som tar sikte på å revolusjonere hvordan medisiner leveres til kroppen vår.

I stedet for å bruke milliarder dollar på narkotika- og terapiprogrammer, mener Immusoft at vi kan konstruere kroppene våre til å produsere narkotika av seg selv. Ved hjelp av immunsystemet kan pasientens celler endres for å motta ny genetisk informasjon som gjør at de kan lage egen medisin. Den genetiske informasjonen kan leveres via nanokapsler som injiseres i kroppen.

Den nye metoden har ikke blitt testet på en human pasient ennå. Likevel har Immusoft og andre institusjoner rapportert vellykkede eksperimenter utført på mus. Hvis det påvises effektivt på mennesker, vil metoden redusere behandlings- og terapikostnadene for kardiovaskulære sykdommer og ulike andre sykdommer betydelig.

4Molekylær kommunikasjon

Det er omstendigheter der elektromagnetiske bølger, sjelen til global telekommunikasjon, blir ubrukelige. Tenk på en elektromagnetisk puls som kunne gjengi kommunikasjons satellitter, og enhver form for teknologi som er avhengig av dem, er ubrukelig. Vi er ganske kjent med slike skremmende scenarier fra doomsday-filmer. Videre har dette problemet vært omtalt i flere år av forskere fra University of Warwick i Storbritannia og York University i Canada, før de endelig kommer opp med en uventet løsning.

Forskerne observert hvordan noen dyrearter, spesielt insekter, bruker feromoner til å kommunisere over lange avstander. Etter å ha samlet dataene, var de i stand til å utvikle en kommunikasjonsmetode der meldinger kodes i molekylene av fordampet alkohol. Forskerne demonstrerte med suksess den nye teknikken ved å gni alkohol som en signalkjemikalie og "O Canada" som sin første melding.

To enheter ble ansatt ved denne fremgangsmåten, innbefattende en sender for å kode og sende meldingen og en mottaker for å dekode og vise den. Metoden fungerer ved å taste inn en tekstmelding på senderen ved hjelp av Arduino Uno (en åpen kildekode-mikrokontroller) som følger med en LCD-skjerm og knapper. Kontrolleren konverterer deretter tekstinngangen til en binær sekvens som leses av en elektronisk sprøyter som inneholder alkoholen. Når den binære meldingen er lest, konverterer sprøyten den til et kontrollert sett med sprøyter der "1" representerer en spray og "0" tilsvarer ingen sprøyte. Alkoholen i luften oppdages da av mottakeren som består av en kjemisk sensor og en mikrokontroller. Mottakeren leser og konverterer binær data tilbake til tekst før den vises på en skjerm.

Forskerne var i stand til å sende og motta meldingen "O Canada" over flere meter med åpen plass. Som et resultat har en rekke forskere uttrykt tillit til metoden. De tror det kan være nyttig i miljøer som underjordiske tunneler eller rørledninger der elektromagnetiske bølger blir ubrukelige.

3Komputer Lagring

I løpet av de siste årtier har datamaskiner vokst eksponentielt både i prosessorkraft og lagringskapasitet. Dette fenomenet ble nøyaktig spådd av James Moore for rundt 50 år siden, og ble senere kjent som Moores lov. Imidlertid tror mange forskere, inkludert fysikeren Michio Kaku, at Moores lov faller fra hverandre. Dette skyldes at datakraft ikke kan følge med eksponentiell økning av eksisterende produksjonsteknologi.

Selv om Kaku understreket prosessorkraft, gjelder samme konsept for lagringskapasitet. Heldigvis er det ikke slutten på veien. Et team av forskere fra RMIT University i Melbourne undersøker nå alternativene. Ledet av Dr. Sharath Sriram, teamet er på randen av å utvikle lagringsenheter som etterligner måten menneskelig hjerne lagrer informasjon. Forskerne tok det første trinnet og bygget en nanofilm som er kjemisk designet for å bevare elektriske ladninger i til og fra tilstander. Filmen, som er 10.000 ganger tynnere enn et menneskehår, kan bli hjørnesteinen for å utvikle minneenheter som replikerer hjernens neurale nettverk.

2Nano Art

Den lovende utviklingen av nanoteknologi har tjent stor beundring fra det vitenskapelige samfunn. Ikke desto mindre er gjennombrudd i nanoteknologi ikke lenger begrenset til medisin, biologi og ingeniørfag. Nano kunst er et fremvoksende felt som gjør at vi kan se den lille verden under mikroskopet fra et helt nytt perspektiv.

Som navnet antyder, er nano kunst en kombinasjon av kunst og nanovitenskap praktisert av et lite antall forskere og kunstnere. Blant dem er John Hart, en mekanisk ingeniør fra University of Michigan, som laget et nanoportrett av president Barack Obama. Stående, som ble kalt Nanobama, ble opprettet for å hedre presidenten da han var kandidat under presidentvalget i 2008. Hvert ansikt i Nanobama måler bare en halv millimeter over og er helt skulpturert fra 150 nanorør. For å produsere portrettene opprettet Hart først en tegning av den ikoniske "Hope" plakaten. Han skrev deretter tegningen på en glassplate belagt med nanopartikler som trengs for å vokse nanorør. Ved hjelp av en høytemperaturovn var det bare et spørsmål om tid før portretten var klar for fotografering.

1Rordbrudd

Mennesket har alltid forsøkt å bygge de sterkeste, raskeste og største tingene. Men når det gjelder å bygge det minste, kommer nanoteknologi fram på scenen. Blant de minste tingene som noensinne er opprettet ved hjelp av nanoteknologi er en bok kalt Teeny Ted From Turnip som for tiden betraktes som verdens minste trykte bok. Produsert i Nano Imaging Laboratory ved Simon Fraser University i Vancouver, Canada, måler boken bare 70 mikrometer med 100 mikrometer og er laget av brev skåret på 30 krystallinske silisiumsider.

Bokens historie, skrevet av Malcolm Douglas Chaplin, presenterer Teeny Ted og hans triumf på turnipkonkurransen på den årlige fylkesmessen. Over 100 eksemplarer av boka har blitt publisert. Men for å kjøpe en av dem trenger du en dyp lomme - en enkelt bok koster over $ 15.000. Et elektronmikroskop vil også bli pålagt å lese det og legge til enda mer til kostnaden.