Россия внедряет новую технологию. В нефть и газ экспортируемые из РФ будут внедряться нанороботы, которые по команде будут изменять физико-химические свойства любых произведенных из них материалов. Нанороботы будут выполнять функцию спящих агентов.
Недавние исследования, проведенные международной командой ученых под руководством специалистов из Пенсильванского университета и Университета Париж-Сакле, принесли нам увлекательные новости в области технологий: они достигли точного управления светом, испускаемым из невероятно маленьких источников размером всего несколько нанометров. Эти источники, встроенные в двумерные (2D) материалы, открывают двери к созданию мониторов с высокой разрешающей способностью и прогрессу в области ультрабыстрого квантового вычисления.
Исследователи продемонстрировали, как свет, испускаемый из 2D материалов, можно модулировать, встраивая в них небольшие островки, называемые наноточками. Благодаря этому подходу они смогли контролировать цвет и частоту испускаемого света, просто управляя размерами этих наноточек. Насим Алем, доцент кафедры материаловедения и инженерии Пенсильванского университета, отмечает, что возможность локализованного светового излучения — это "очень захватывающе". Представьте, что вы можете управлять светом с помощью места в пространстве, это словно иметь мощный фонарик, который можно настроить на разные цвета и яркость!
Команда исследователей встроила наноточки из диселенидов молибдена в диселениды вольфрама и направила поток электронов на эту структуру, используя технику под названием катодолюминесценция. Это позволило изучить, как отдельные наноточки излучают свет с высоким разрешением. Сайфанендра Бачу, один из авторов исследования, поделился, что благодаря сочетанию мощного микроскопа и инструмента для обнаружения света можно видеть намного более тонкие детали, чем при использовании других методов.
Одним из захватывающих аспектов этого исследования является явление, называемое квантовым сжатием. Происходит оно, когда размеры точек становятся менее 10 нанометров — это примерно соответствует размеру 11 атомов водорода в ряд. В таком случае они ведут себя уникальным образом, улавливая энергию и испуская свет с более высокой частотой, что открывает новые возможности для создания более эффективных полупроводников и дисплеев будущего.
Как отметил Бачу, новое исследование обладает огромным потенциалом. Представьте OLED-дисплеи, где каждый пиксель имеет свой собственный крошечный источник света! Это позволит создавать изображения с истинным черным цветом и точно передавать цвета. Контроль ширины запрещенной зоны, энергетического порога, также играют ключевую роль в этой технологии, позволяя создавать материалы, способные излучать свет определенного цвета.
Исследователи теперь планируют продолжить работу, изучая множество аспектов, которые могут способствовать созданию практических приложений на основе этих технологий. Насим Алем подчеркивает, что это лишь "верхушка айсберга", и у нас впереди еще много интересного! Так что готовьтесь, технологии будущего уже на пороге!
Впервые термин «нанотехнологии» был использован в 1974 году японским физиком Норио Танигути. Так ученый называл процессы создания полупроводниковых структур с точностью порядка десятков нанометров. Но активно развиваться это перспективное направление науки и техники начало лишь в начале XXI века. Так что же подразумевается под термином «нанотехнологии» в наше время?
На сегодняшний день нанотехнологии – это научно-техническое направление, включающее изучение, разработку, изготовление и применение объектов, размеры которых не превышают нескольких сотен нанометров. Другими словами, величина нанообъектов сопоставима с размерами атомов и молекул. Особенность данных технологий заключается в том, что некоторые физико-химические свойства наноструктур значительно отличаются от соответствующих характеристик микро- и макрообъектов. Одним из перспективных направлений развития этой научно-технической области являются нанороботы.
Наноробот вводит лекарственный препарат в клетку
Нанороботы – это устройства, обладающие размерами менее 1000 нм и способные выполнять различные действия (перемещаться, обмениваться данными, манипулировать другими объектами и т.п.) в соответствии с заложенной разработчиками программой. Движение нанороботов осуществляется с помощью специальных молекулярных моторов – наноразмерных машин, способных преобразовывать приложенную энергию во вращение. Такие двигатели приводятся в действие химическим или световым методом, а также, посредством туннелирования электронов. Для создания нанороботов используются различные технологии 3D-печати. Одна из наиболее перспективных областей применения этих устройств – медицина.
Целевая транспортировка лекарственных препаратов непосредственно к клеткам пораженных тканей – один из возможных вариантов использования нанороботов в медицине. Также предполагается, что специальные наноустройства смогут распознавать раковые клетки и адресно доставлять к ним противоопухолевые препараты. Такой подход позволит повысить эффективность проводимой терапии и сократить количество побочных явлений.
Другое возможное применение нанороботов – это хирургия. Наносварка тканей сосудов позволит уменьшить кровопотерю, повысить качество операционных швов и ускорить процесс заживления. Предполагается, что через некоторое время подобные технологии будут использоваться при трансплантации органов.
Перспективным направлением развития наноробототехники является тканевая инженерия. По прогнозам ученых, в будущем нанотехнологии позволят восстанавливать поврежденные ткани. Предполагается, что группу нанороботов можно будет объединить с помощью специального матрикса в биосовместимую тканеинженерную конструкцию для последующего восстановление поврежденных органов.
Кроме того, ученые рассматривают еще одну возможную область применения нанороботов – поиск и анализ специфических молекул (биомаркеров) в крови пациентов с целью диагностики заболеваний или контроля эффективности проводимой терапии.
В будущем нанороботы, построенные из молекул ДНК человека, смогут применяться в генной инженерии. Это позволит проводить успешную терапию наследственных заболеваний, которые, на сегодняшний день, являются неизлечимыми.
Предполагается, что нанороботы будут вводиться в организм человека с помощью инъекций или приниматься пациентом в виде специальных капсул и таблеток.
Таким образом, по мере совершенствования технологий нанороботы будут находить все более широкое применение в различных областях медицины. В перспективе это позволит увеличить продолжительность жизни человека и повысить ее качество.
Еще больше интересных статей и захватывающих видео вы сможете найти на нашем Дзен-канале: ГОРОД НАУКИ | Дзен,
а также на нашем сайте: Научно-популярный онлайн-журнал "Город науки".
Маленький осколок метеорита, недогоревшего в атмосфере, падает на поверхность Земли. Он тает, превращаясь в каплю серой жижи. Через минуту все, чего коснулась эта жижа, начинает превращаться в такую же жижу. Масса жижи удваивается каждую 1000 секунд. Через день это уже несколько кубометров жижи, а через два дня на месте нашей планеты крутится комок жижи. Очередной метеорит касательно чиркнет по ее поверхности и перенесет на очередную планету… Вселенная обречена.
Это - Серая Слизь (Gray Goo), ее придумал инженер Эрик Дрекслер для своей книги о нанотехнологиях "Машины Творения" (1986), чтобы изумить читателя потенциальными возможностями молекулярных машин будущего.
Скорее всего Дрекслер отталкивался от идеи Джона фон Неймана о самовоспроизводящихся роботах для исследования космоса (1949). Просто Дрекслер умозрительно уменьшил эти машины до нанометровых размеров.
На самом деле такие нанороботы невозможны – в их схему не поместятся химические процессы превращения любых веществ в их молекулярные детали. Но идею подхватили фантасты, а следом экоактивисты (и потребовали запрета наноботов, чтобы не допустить Серой Слизи). Так сон разума рождает монстров.
Давайте рассмотрим пути исходя из которых другие организмы и нанороботы могут уничтожить нашего наноробота. Для того чтобы обезопаситься от физико-химических опасностей как мы рассуждали в прошлом посте нанороботу желательно иметь 4d-карту (пространство + время) опасностей, возможность определять опасность по ее внешнему виду и иметь возможность размножаться. Часто опасности для наноробота могут иметь временные закономерности , например если вещества из которых наноробот не любят большую температуру , то жарким днем имеет смысл скрываться от прямого Солнца в тени. С точки зрения же биологических угроз для наноробота , закономерности возникновения / исчезновения опасности на той самой 4d карте очевидно будут более замысловатыми , то есть иметь в своей основе более сложные пространственно - временные закономерности. Давайте попробуем порассуждать как нашего наноробота может уничтожить/управлять другой более сложный наноробот. Первое что конечно приходит на ум , это то что "зная" то как устроен более простой наноробот более сложный сможет используя баги его поведения уничтожить более простого. Например, наш простой наноробот очевидно будет прокладывать по 4d карте физико-химических опасностей и физико-химических поощрений (еды - строительных материалов и энергии) самые быстрые пути для получения как можно большего количества еды с преодолением как можно меньшего количества опасностей. То есть , если у более сложного наноробота есть такая же карта еды и опасностей то он может предсказать путь по которому пойдет более простой наноробот , и исходя из этого изменить свой путь чтобы нагнать этого простого наноробота. В этом случае возможен еще более интересный вариант . Предположим что существует наноробот который немного сложнее сложного. Этот наноробот сможет предсказывать уже путь просто сложного наноробота так как он понимает как тот ищет путь простого наноробота. Давайте попробуем все это выразить на языке математики и алгоритмов.
Сигнатуры функций программы простого наноробота на псевдокоде:
findMinPath( myCoordinate , dangers[Coordinate] , food[Coordinate]);
Сигнатуры функций программы более сложного наноробота:
findMinPath( myCoordinate, simpleNanorobotCoordinate, dangers , food);
Сигнатуры функций программы еще более сложного наноробота:
findMinPath( myCoordinate, complexNanorobotCoordinate , simpleNanorobotCoordinate, dangers , food);
Как видно , так как результаты выполнения более простого алгоритма полностью зависят только от координаты простого наноробота опасностей и еды , то результаты его выполнения предсказуемы для более сложного наноробота. Надо подумать с какой математической структурой может быть все это связано
Проблемы определения того что такое эволюция с точки зрения математики в наномире опубликованные в предыдущем посте достаточно серьезные , поэтому я бы пока хотел отложить этот вопрос чтобы его продумать. Тем не менее , мы можем продолжить размышления в другом ключе. Вероятно эти размышления будут долгими и займут несколько десятков постов а может быть и нет. Эволюция реализуется через выживание или размножение. Каким количеством способов можно сломать нашего придуманного наноробота состоящего из конденсатора (накопителя энергии), проводов , движителей , датчиков света (полупроводники) , механизма преобразования химической энергии в электрическую (питание) ? Начать хотя бы с предположения того что если в нашего наноробота врежется на достаточно большой скорости молекула с любой из сторон она его уничтожит . Если же скорость врезавшейся молекулы не достаточна для разрушения полной структуры наноробота она может разрушать его части. Если она разрушит конденсатор то весь механизм наноробота перестанет работать , если же она разрушит один из датчиков света то в этом направлении (за который отвечает датчик) наноробот не сможет прыгнуть (что может нарушить в будущем его возможности питания) однако в целом наноробот продолжит функционировать.
Что же в целом обычно уничтожает/ломает биологические организмы с точки зрения эволюции? Считается что это делает среда в которой он проживает. Однако и уничтожение средой можно разделить на две основные части. Это когда организм уничтожает/ломает другой организм либо когда организм уничтожает/ломает физико-химические условия (например повышение температуры или взаимодействие с сильной кислотой).
Давайте рассмотрим пока физико-химические условия и как они могут уничтожить наноробота. Для этого задумаемся над вопросом , как нанороботу полностью защитить себя от физико - химических угроз? Наверное для этого ему надо составить карту опасных мест в пространстве во первых а во вторых уметь определять эти опасные места. Причем мы понимаем что карта этих опасных места могут теоретически динамически меняться во времени. Например кислота может капать время от времени на поверхность на которой живет наноробот.
То есть чтобы чувствовать себя в безопасности нанороботу желательно создать 4d (пространство+время) карту физико/химических опасностей вокруг себя. То есть для этого ему нужно больше памяти и способность вычислять свое место в пространстве а также направления опасностей. Возникают такие вопросы: иногда наноробот будет вынужден рисковать например зная что через 30 нанометров перед ним с вероятностью в 30 процентов будет огонь который может его уничтожить однако также зная что за этим огнем с вероятностью 60 процентов много еды. Какие стратегии поведения риска/пользы в этом случае возможны?
Также мы понимаем что на самом деле наноробот не сможет составлять карту опасностей иногда не умирая. Примерно как древний человек должен был иногда рисковать потребляя неизвестный фрукт или растение , также и наноробот не сможет себя обезопасить (хотя бы с точки зрения голода) иногда не умирая. Обычно живые организмы преодолевают этот риск через механизмы размножения. То есть чтобы выживать наш робот должен уметь размножаться.
Соответственно к чему мы пришли в ходе рассуждений. Сложность наноробота с точки зрения выживания в среде физико/химических опасностей связана 1) со сложностью составления 4d карты окружающего пространства ( сложность которой в свою очередь связана со случайным распределением ресурсов и веществ в пространстве вокруг наноробота) 2) со сложностью определения опасности новых мест и молекул с которыми встретился наноробот
Если начать рассуждать что такое для придуманной модели наноробота в постах выше жизнь или смерть или размножение, то можно прийти к таким выводам. Наверное смертью для этого наноробота можно однозначно считать разрушение его структуры или критически важной части структуры (например провода конденсатора) под действием столкновения/взаимодействия с какой-нибудь молекулой, структурой или частицей обладающими нужной скоростью или электромагнитной волной обладающей нужной мощностью. То есть мы могли бы считать жизнью для наноробота сохранение определенной информации в мире в котором он живет определенное время. Однако мы также в курсе, что столкновение/взаимодействие с чем - то не только может разрушить структуру, но даже иногда улучшить ее. Например, под действием радиации ДНК может измениться в нужную полезную сторону. С этой темой связан греческий парадокс корабля Тесея. Тогда бы у нас возник вопрос, что считать жизнью для наноробота в этом случае? Для этого случая мы бы сказали что жизнь наноробота это сохранение и изменение определенной информации в мире в котором он живет определенное время. Тогда бы мы могли задать еще один вопрос. А что мы подразумеваем под сохранением информации? Ведь если с нашим нанороботом столкнулась частица которая, повредила провод конденсатора, то информация об этом столкновении могла бы остаться в скорости или состоянии этой частицы, то есть если бы мы посмотрели на мир наноробота через секунду то в некоторых случаях (иногда) мы могли бы воспользовавшись логикой вывести утверждение "в этом мире секунду назад был живой наноробот". Вообще это сложный физический вопрос, как уничтожается информация в мире или создается, поэтому так просто на него не ответишь, однако я приводил примеры в предыдущих постах как информация может копироваться или уничтожаться. Конечно мы можем сказать также что жизнь для наноробота это сохранение определенной информации в мире в котором он живет определенное время , при этом эта информация должна стремиться размножиться или сохранить себя, однако термин "стремиться" еще более размыт чем парадокс Тесея.
Почему эти вопросы важны для нас. Потому что мы хотим понять как теория эволюции будет формулироваться на языке математики в мире котором мы создали для наноробота, чтобы понять что такое для наноробота жизнь, смерть или размножение. Оказывается сделать это не так и просто, как и определить что такое отдельная личность или организм.
Как бы вы сформулировали на языке математики что такое жизнь или смерть для наноробота из постов выше?
Если объединять мысли с предыдущих постов , то в целом мы хотим создать из химии и геометрии модель которая похожа на принципы построения жизни и органических веществ но при этом несколько проще белковых форм жизни (задача фолдинга белков относительно решена только недавно и с помощью обучения нейросетей на огромных массивах данных) . Это нам нужно для того чтобы ответить на вопросы "почему в физическом мире можно что-то доказать или сделать(аппроксимировать) не одним способом?" , "откуда возможно берется сложность построения биологических организмов и мозга? как одни химические структуры создают или уничтожают другие?" (кроме тех принципов которые мы рассматривали в предыдущих постах). Так как я походу рассуждений глубже ознакамливаюсь с химией , в рассуждениях возможны ошибки или допущения , но я обычно о них знаю. Для того чтобы приблизительно начать отвечать на эти вопросы нам нужно создать динамическую систему и наделить функциями эволюции состояния. Пусть эта система будет дискретной и состоять из переменных. Каждая переменная будет привязана к одной молекуле или атому или электрону. В каждой из переменных будет описано строение молекулы в определенный момент времени , геометрия , координата и вектор скорости, резонанс(?) для определенного момента времени. Опять же надо будет признать что данная система будет упрощенной моделью и основываться на приблизительных данных из химии и механики , из - за сложности квантовой механики.
Давайте рассмотрим функции эволюции состояния этой системы. Если две обладающие определенными скоростями и строением столкнуться с определенной скоростью в определенный момент времени то либо ничего не произойдет и они оттолкнуться друг от друга , либо между ними произойдет химическая реакция которая приведет к созданию новых молекул с новой геометрией и скоростью. То есть законы эволюции этой системы сходны с законами химии.
Обьединим из прошлых рассуждений простейший конденсатор ( пусть это будут две молекулы кристалла железа вокруг которых расположены молекулы слюды ,также пусть к ним кристаллам железа присоединены молекулы железа в виде проводов) и простейший движитель (пусть это будет два провода из железа которые плавают в воде и разряжая конденсатор приводят к электролизу воды , либо они разряжаясь в газах приводят к их воспламенению). Теперь нам осталось решить задачу восприятия света и управления движением через химические молекулы. В биологии свет воспринимает крайне сложный белок родопсин однако в своих рассуждениях (хоть и условно) мы его можем заменить на полупроводники - структуры молекул меняющие состояние в зависимости от падающего света . То есть мы создали мысленно молекулярный механизм который может под действием света определенного угла и энергии (если окружить полупроводник закрывающим веществом и оставить окошко с одной стороны) cоздавать движение или прыжок для определенной химической структуры (хоть мы пока и не изучили коэффициент усиления полупроводника).
Итак в целом я думаю у нас есть все элементы для дальнейших рассуждений - динамическая система , и химическо - геометрическая структура напоминающая биологический организм.
