Нано технологии в современном мире - Нано технологии в современном мире
История возникновений нано технологий
Дедушкой нано технологий можно считать греческого философа Демокрита. Он впервые использовал слово "атом" для описания самой малой частицы вещества. В течение двадцати с лишним веков люди пытались проникнуть в тайну строения этой частицы. Решение этой непосильной для многих поколений физиков задачи стало возможным в первой половине ХХ века после создания немецкими физиками Максом Кноллом и Эрнстом Руской электронного микроскопа, который впервые позволил исследовать нано объекты.
Многие источники, в первую очередь англоязычные, первое упоминание методов, которые впоследствии будут названы нано технологией, связывают с известным выступлением Ричарда Фейнмана "Там внизу много места" (англ. "There's Plenty of Roo at the Bottom"), сделанным им в 1959 году в Калифорнийском технологическом институте на ежегодной встрече Американского физического общества. Ричард Фейнман предположил, что возможно механически перемещать одиночные атомы, при помощи манипулятора соответствующего размера, по крайней мере, такой процесс не противоречил бы известным на сегодняшний день физическим законам.
Этот манипулятор он предложил делать следующим способом. Необходимо построить механизм, создававший бы свою копию, только на порядок меньшую. Созданный меньший механизм должен опять создать свою копию, опять на порядок меньшую и так до тех пор, пока размеры механизма не будут соизмеримы с размерами порядка одного атома. При этом необходимо будет делать изменения в устройстве этого механизма, так как силы гравитации, действующие в макромире будут оказывать все меньшее влияние, а силы межмолекулярных взаимодействий будут все больше влиять на работу механизма. Последний этап -- полученный механизм соберет свою копию из отдельных атомов. Принципиально число таких копий неограниченно, можно будет за короткое время создать произвольное число таких машин. Эти машины смогут таким же способом, поатомной сборкой собирать макровещи. Это позволит сделать вещи на порядок дешевле -- таким роботам (нанороботам) нужно будет дать только необходимое количество молекул и энергию, и написать программу для сборки необходимых предметов. До сих пор никто не смог опровергнуть эту возможность, но и никому пока не удалось создать такие механизмы. Принципиальный недостаток такого робота -- невозможность создания механизма из одного атома.
Вот как Р. Фейнман описал предполагаемый им манипулятор:
Я думаю о создании системы с электрическим управлением, в которой используются изготовленные обычным способом "обслуживающие роботы" в виде уменьшенных в четыре раза копий "рук" оператора. Такие микромеханизмы смогут легко выполнять операции в уменьшенном масштабе. Я говорю о крошечных роботах, снабженных серводвигателями и маленькими "руками", которые могут закручивать столь же маленькие болты и гайки, сверлить очень маленькие отверстия и т. д. Короче говоря, они смогут выполнять все работы в масштабе 1:4. Для этого, конечно, сначала следует изготовить необходимые механизмы, инструменты и руки-манипуляторы в одну четвертую обычной величины (на самом деле, ясно, что это означает уменьшение всех поверхностей контакта в 16 раз). На последнем этапе эти устройства будут оборудованы серводвигателями (с уменьшенной в 16 раз мощностью) и присоединены к обычной системе электрического управления. После этого можно будет пользоваться уменьшенными в 16 раз руками-манипуляторами! Сфера применения таких микророботов, а также микромашин может быть довольно широкой -- от хирургических операций до транспортированияи переработки радиоактивных материалов. Я надеюсь, что принцип предлагаемой программы, а также связанные с ней неожиданные проблемы и блестящие возможности понятны. Более того, можно задуматься о возможности дальнейшего существенного уменьшения масштабов, что, естественно, потребует дальнейших конструкционных изменений и модификаций (кстати, на определенном этапе, возможно, придется отказаться от "рук" привычной формы), но позволит изготовить новые, значительно более совершенные устройства описанного типа. Ничто не мешает продолжить этот процесс и создать сколько угодно крошечных станков, поскольку не имеется ограничений, связанных с размещением станков или их материалоемкостью. Их объем будет всегда намного меньше объема прототипа. Легко рассчитать, что общий объем 1 млн уменьшенных в 4000 раз станков (а следовательно, и масса используемых для изготовления материалов) будет составлять менее 2% от объема и массы обычного станка нормальных размеров. Понятно, что это сразу снимает и проблему стоимости материалов. В принципе, можно было бы организовать миллионы одинаковых миниатюрных заводиков, на которых крошечные станки непрерывно сверлили бы отверстия, штамповали детали и т. п. По мере уменьшения размеров мы будем постоянно сталкиваться с очень необычными физическими явлениями. Все, с чем приходится встречаться в жизни, зависит от масштабных факторов. Кроме того, существует еще и проблема "слипания" материалов под действием сил межмолекулярного взаимодействия (так называемые силы Ван-дер-Ваальса), которая может приводить к эффектам, необычным для макроскопических масштабов. Например, гайка не будет отделяться от болта после откручивания, а в некоторых случаях будет плотно "приклеиваться" к поверхности и т. д. Существует несколько физических проблем такого типа, о которых следует помнить при проектировании и создании микроскопических механизмов.
Похожие статьи
-
Нано технологии в медицине - Нано технологии в современном мире
Последние успехи нано технологий, по словам ученых, могут оказаться весьма полезными в борьбе с раковыми заболеваниями. Разработано противораковое...
-
Заключение - Нано технологии в современном мире
Сформировавшись исторически, к настоящему моменту, нано технология, завоевав теоретическую область общественного сознания продолжает проникновение в его...
-
Введение - Нано технологии в современном мире
В настоящее время немногие знают, что такое нано технология, хотя за этой наукой стоит будущее. Главной целью моей работы является ознакомление с нано...
-
Опасности, связанные с нано технологиями - Нано технологии в современном мире
При всех преимуществах нано технологий, они могут представлять и угрозу здоровью человека. Восторженно предвкушая те положительные изменения, которые...
-
Нано технологии в космосе - Нано технологии в современном мире
В космосе бушует революция. Стали создаваться спутники и нано приборы до 20 килограмм. Создана система микроспутников, она менее уязвима при попытках ее...
-
Нано технологии в сельском хозяйстве и промышленности - Нано технологии в современном мире
Нано технологии способны произвести революцию в сельском хозяйстве. Молекулярные роботы смогут производить пищу, "освободив" от этого растения и...
-
Применение нано технологий - Нано технологии в современном мире
Проникновение нано технологии в сферы человеческой деятельности можно представить в виде дерева нано технологии. Применение имеет вид дерева, ветви...
-
Основы современной технологии стекла. - История стекла
Технология получения стекла состоит из двух производственных циклов. Цикл технологии стекломассы включает операции: А) подготовки сырых материалов; Б)...
-
Технология - это лесенка, ведущая к намеченной цели. Современный изобретатель фильтрует варианты, отбрасывая то, что кажется ему неудачным. Увеличение...
-
Ювелирная мода, современные ювелирные украшения - Классификация ювелирных украшений
Ювелирная мода . Мода по времени может быть, как известно, краткосрочной или, наоборот, длительной, но она всегда выражает вкусы потребителей. Ювелирная...
-
Маршрутная технология процесса изготовления деталей - Ремонт токарного станка
Выбор заготовки: при выборе заготовки для механической обработки заменяемой детали нужно учитывать технические требования, предъявляемые к детали....
-
Разработка технологии изготовления опоры ножа Одна из основных деталей измельчителя является опора ножа представленная на рисунке 3.1 Рисунок 3.1 - Опора...
-
Технология горячеканального литья - Специальные методы литья пластмасс
Благодаря целому ряду технологических и экономических преимуществ горячеканальные системы (ГКС) получили широкое применение для литья пластиковых деталей...
-
Сканер (Scanner) - устройство ввода в ЭВМ информации в виде текстов, рисунков, слайдов, фотографий на плоских носителях, а также изображения объемных...
-
Подготовка моркови к переработке - Технология производства, хранения и переработки моркови
Морковь поступает на завод в ящиках, бункерах, мешках или навалом. Здесь важна тщательная мойка моркови, так как вместе с ней может в большом количестве...
-
Волочение металла - Технология обработки металлов давлением
Волочение металла -- это протягивание изделия круглого или фасонного профиля через отверстие волочильного очка (волоку), площадь выходного сечения...
-
Выбор заготовки, Технологический маршрут изготовления детали - Технология изготовления вала
Исходные данные: 1) рабочий чертеж детали; 2) Тип производства серийный. Деталь представляет собой тело вращения. В качестве заготовки можно принять...
-
Характеристика горбуши - Разработка ассортимента и технологии блюд и изделий из рыбы
Горбуша - одна из популярных промышленных рыб, ее еще называют розовым лососем. Ценится продукт за довольно вкусное мясо и деликатесную икру. Горбуша,...
-
Статор имеет 24 паза, в которые вкладываю пусковую и рабочую обмотку, состоящие из 4 катушечных групп по три катушки. Схема обмотки двухслойная...
-
Оборудование и инструмент - Технология литейного производства
Оборудование. Для обработки дерева применяют циркулярные и ленточные пилы, станки: фуговальные, рейсмусовые, фрезерные, шлифовальные, шипорезные....
-
Заготовка Для изготовления заготовок листов под стойку гидромотора применим гидроабразивную резку металла. Этот метод позволяет качественно резать не...
-
Анализ современной японской кухни - Секреты национальной японской кухни
Японская кухня разительно отличается от любой другой кухни мира. Для жителей азиатских стран она то же самое, что французская для европейцев. Ее секрет...
-
Сборочный процесс является заключительным этапом изготовления изделия, в нем проявляются результаты всех предыдущих технологических процессов. Сборку...
-
Как уже отмечалось в современных условиях, для организации ремонта двигателя ЯМЗ-240 рекомендуется не обезличенный поточный способ ремонта, при котором...
-
ВВЕДЕНИЕ - Ассортимент и технология приготовления детского питания
Вопросы истории детского питания достаточно туманны. По всей вероятности, в глубине веков не считали, что дети нуждаются в какой-то особой пище. В...
-
Рецепты и алгоритмы приготовления бутербродов - Разновидности и технология приготовления бутербродов
Маленькие вкусные закуски, которые можно есть руками или с помощью коктейльной палочки подходят лучше всего для праздничного сезона, когда хочется часто...
-
Бумага как носитель информации Важнейшим материальным носителем информации по-прежнему пока остается бумага. На отечественном рынке в настоящее время...
-
ВВЕДЕНИЕ - Технология изготовления пластиковых окон
Современное окно - это сложная инженерная конструкция, к которой предъявляются очень высокие требования и от которой во многом зависит комфорт и дизайн...
-
Введение - Технология производства муллитокремнеземистых огнеупоров
Без применения огнеупоров нет другого практически приемлемого способа получить и поддерживать длительное время высокие температуры в больших объемах....
-
Окисление - Технологии изготовления кремниевых полупроводниковых приборов
Обычно первый этап изготовления полупроводниковых приборов включает окисление внешней поверхности пластины, которое позволяет получить тонкую пленку...
-
Инструмент для ручной формовки, Опоки - Технология литейного производства
При изготовлении и отделке литейных форм применяют разнообразный инструмент. В зависимости от назначения его можно разделить на две группы. Первая группа...
-
1. Механическая обработка (подгонка деталей друг к другу и создание шероховатости с помощью шкурки) 2. Обезжиривание поверхностей, подготавливаемых для...
-
Операции листовой штамповки - Технологии штамповки
Разделительные операции предназначены или для получения заготовки из листа или ленты, или для отделения одной части заготовки от другой. Операции могут...
-
Назначение изделия, конструкция - Технология и техника сварки
Оболочка корпуса, состоящая из днищевого, двух бортовых и палубного перекрытий, подкрепляется изнутри поперечными и продольными переборками и...
-
Анализ современного направления моды Пальто - главная вещь сезона, благодаря которой у окружающих будет складываться первое впечатление (рис....
-
Леса, подмостки и трапы на судне должны быть надежными, изготовленными по утвержденным чертежам и принятыми представителями отдела техники безопасности....
-
Требования к технологическому оборудованию - Технология производства конфет марки "Буревестник"
Машины и аппараты для производства конфет "Буревестник" должны иметь высокие показатели, под которыми имеются в виду отдельные параметры, отнесенные к...
-
Листовая штамповка - Технологии штамповки
Листовая штамповка - один из видов холодной обработки давлением, при котором листовой материал деформируется в холодном или подогретом состоянии....
-
КОМПЛЕКСНЫЙ МЕТОД ОЦЕНКИ УРОВНЯ КАЧЕСТВАПРОДУКЦИИ - Технология производства полукопченых колбас
Комплексный метод оценки уровня качества продукции осуществляется с использованием комплексных (обобщенных) показателей качества. Следует обратить...
-
Оценивание уровня качества продукции, в частности колбас, будем производить методами, принятыми в квалиметрии. Квалиметрия - научная дисциплина,...
Нано технологии в современном мире - Нано технологии в современном мире