Тема: Нанотехнологии (стр. 3 )

Ученые из Университета Пенсильвании (University of Pennsylvania) смогли создать наноячейку на основе сплава Германия и теллурида сурьмы, который достаточно распространен в производстве наноэлектронных компонентов.

Ячейка нанопамяти представляет собой нить длиной 10 микрон и диаметром около 30 нанометров.

Рисунок 11. Структура нанонити-ячейки.

Как говорят исследователи, память на основе нанонитей может со временем заменить flash-память, широко использующуюся сегодня в мире. Сейчас ученые работают над дальнейшей миниатюризацией нанопамяти для того, чтобы достичь максимально возможного «предела» для подобных устройств.

  Наномускулы

Одной из самых перспективных и практически применимых разработок являются так называемые "наномускулы", производимые корпорацией Nanomuscle. Наномускулы - это альтернатива микро-электродвигателям. Они дешевле, мощнее и удобнее в использовании. За основу действия таких "мускул" взят принцип "эффекта памяти формы". Если некую металлическую деталь деформировать, а потом ее нагреть, то она вернется в исходную форму, которая была до деформации. Это и называют "памятью". Чаще всего за металлический сплав используют никель-титан. Изначально его деформируют и внедряют в устройство. При пропускании по сплаву электрического тока или нагревании, сплав исправляет форму. Таким образом, закладывая различные типы деформаций, можно сообщать такой детали разные типы движения. Получается некоторый момент программирования. И название "мускулы" подходит более чем, поскольку они на подобие биологических, запрограммированы на определенный тип движения или выполнение только одной операции. У "наномускул" есть одна главная проблема - со временем деталь изнашивается. В некоторых случаях она рассчитана на 1000 движений и не больше. Сейчас задачей ученых является - довести это количество хотя бы до миллиона. Поэтому ищутся новые материалы, а также пути к улучшению титано-никелевого сплава.

Если сравнить стоимость такой детали со стоимостью микроэлектродвигателя, то мы получаем, что наномускулы в десятки, а то и сотни раз дешевле, при этом не требуется сложного технологического процесса для их производства.

На данный момент корпорация Nanomuscle предлагает несколько различных типов и моделей двигателей, самое востребованное применение которых - производство игрушек.

Недавно миру была представлена кукла "Baby Bright Eyes", глазами которой управляют наномускулы. По словам очевидцев, эта кукла очень реалистично этими своими глазами двигает: открывает, закрывает, прово­жает взглядом и так далее. К примеру, когда ребенок подносит бутылку ко рту куклы, большие-пребольшие выразительные глаза останавливаются на поданном предмете.

  Нанорадио

Командой ученых во главе с Алексом Зеттлом (Alex Zettl) из Национальной Лаборатории Лоуренса (Lawrence Berkeley National Laboratory) создан радиоприемник, состоящий из одной-единственной нанотрубки. Миниатюрное устройство полностью повторяет функции своего «большого собрата», т. е. включает в себя антенну, полосовой фильтр, усилитель и демодулятор. При этом радио ловит как FM так и AM волны частотой от 40 до 400 МГц. Фактически это нормальные «рабочие» частоты радиотрансляций. Благодаря своей простоте и функциональности, а, главное – малым размерам, нано-радио займет свою нишу среди коммерческих продуктов.

Одно из видимых применений «радио» на основе нанотрубки – в современной медицине для мониторинга процессов, проходящих в кровеносной системе, и, в будущем – в медицинской наноробототехнике.

Нанорадио состоит из электрода, к которому прикреплена нанотрубка. На электрод от внешнего источника питания или от каскада солнечных батарей поступает постоянное напряжение, благодаря которому на конце нанотрубки создается отрицательный заряд. Нанотрубка вместе с электродом располагаются в колбе с вакуумом, поэтому антенна-нанотрубка легко осциллирует в присутствии электрических полей.

Радиоволны, принимаемые нано-антенной, заставляют ее вибрировать, но это происходит только тогда, когда частота радиоволны совпадает с резонансной частотой изгибания нанотрубки-антенны. Таким образом, нанотрубка выступает еще и в роли тюнера, принимая радиоволны строго определенного набора частот.

Рисунок 12. Колебания нанотрубки.

  Нанобутылка

Американская компания системных инноваций Ipifini разработала про­граммируемый контейнер для жидко­стей (Programmable Liquid Container). Не раскрывая конкретных технологи­ческих деталей, Ipifini демонстрирует внешний вид контейнера, на поверх­ности которого размещаются 20 кнопок, нажатие на которые приводит к впрыскиванию в жидкость различных добавок.

Владелец такой «бутылки» может по вкусу добавить в напиток различные ароматы, вкусовые добавки, красите­ли и тому подобное. Покупатель, к примеру, «модифицированной» колы сможет самостоятельно моделировать вкусы, цвет, запах напитка, добавляя вкуса лимона, ванили с вишневым ароматом, регулируя содержание ко­феина. Программируемый контейнер краски с 20 добавками пигмента поз­воляет потребителю выбирать любую краску из одного миллиона цветов.

Авторы разработки отмечают, что предложенная технология позволяет производителю одним контейнером заменить ряд вариантов продукта, а потребителю - изменять ряд пара­метров продукта во время его ис­пользования.

Такой способ, по-видимому, будет перспективен для использования в пищевой, фармацевтической промышленности, в производстве косметики и парфюмерии.

Рисунок 13. Программируемая бутылка.

  Нанофутбол

Национальный Институт Стандартов и Технологий (NIST) США объявил о проведении первого нано-футбольного матча на выставке-соревновании RoboCup 2007 в Атланте, которое пройдет с 7 по 8 июля.

RoboCup – ежегодное соревнование в области робототехники и искусственного интеллекта применительно к игре в футбол. Роботы и механические команды разных моделей борются за звание лучшего робота-футболиста.

Рисунок 14. Чип соревнования на 16 футбольных полей

NIST надеется, что футбольное соревнование наноразмерных роботов покажет работоспособность полупроводниковых микроэлектром­еханических устройств (МЭМС), а также реальность того, что микро-роботы могут быть достаточно разнообразными и гибкими устройствами.

В перспективе NIST планирует проводить отдельные соревнования по нано-футболу. В 2008 году в составе лиги «Нанограмм» (Nanogram League) будут сражаться пять команд микроботов, созданных пятью различными научно-исследовательскими институтами.

Футбольные поля для соревнования расположены на стеклянной пластине-микрочипе с диагональю около 3х сантиметров. На ней уместились шестнадцать полей размерами 2,5х2,5 миллиметра. На них и будут соревноваться микромашины.

Рисунок 15. Представитель футбольной команды длиной около 300 микрон.

Увидеть нано-матч болельщики смогут через оптический микроскоп, с помощью которого будет проводиться и управление машинами.

Для того, чтобы выиграть это соревнование, микро-робот должен быть достаточно быстрым, маневренным и способным манипулировать с различными микроскопическими объектами.

Пока сверхзадач и командной игры от робота не требуется. Все, что нужно – это пересечь с мячом (который, скорее не мяч, а микродиск) футбольное поле длиной 2,5 мм и, обойдя «защитников" — ряд полимерных точек, послать мяч в «ворота", то есть, попросту забить гол. Сделать это нужно за три минуты.

  Нанотворчество

Нанотехнологии содержат в себе даже творческие перспективы! Следующий рисунок создан с применением метода нанолитографии. Оно показывает возможность точного переноса шаблона на поверхность методом растрового локального анодного окисления.

Рисунок 16. "Пёсик Кеша"

Прогноз

  Краткий, обоснованный, с точки зрения науки, прогноз развития нанотехнологий

Итак, по обещаниям российских ученых, в ближайшие 1-5 лет произойдут: идентификация и выявление подделок среди банкнот, документов, лейблов различных товаров, частей авто­мобилей и механизмов и т. д., нанесение откры­тых и тайных красящих меток, проявляемых при высвечивании, химические и биологиче­ские сенсоры, диагностика заболеваний и ген­ная терапия, направленный транспорт ле­карств, люминесцентные метки для биологи­ческого скрининга, лечебная спецодежда, нанесение специальных кодов, нанокомпозиционные материалы для транспорта, легкие и антикоррозионные материалы для авиацион­ной промышленности, нанотехнология для производства пищевых продуктов, светоперестраеваемые лазеры и излучающие, в том чис­ле фотоэлектрохимические диоды, электроме­ханические активаторы. .

Через 5-10 лет нам следует ожидать: плоские панель­ные дисплеи, солнечные ячейки и батареи, термоэлектронные устройства для микророботов и нанороботов, устройства хранения информа­ции, устройства контроля и обеззараживания объектов и окружающей среды, нанокатализаторы высокой производительности и селектив­ности, использование нанотехнологии для из­готовления протезов и искусственных органов.

И только через 10-30 лет мы получим одноэлектронные устройства и квантовые компьютеры.

  Финансирование нанотехнологий

  Прищур экономиста

Бурное развитие нанотехнологий, как новейшей отрасли науки и техники, вызывает ажиотаж не только в мировом обществе, но и в кругах людей, власть предержащих. Ежегодно на развитие нанотехнологий выделяются огромные финансовые ресурсы.

Правительства ряда стран приняли программы по стимулированию дальнейших разработок в данной облас­ти и государственной поддержки их вне­дрения в промышленное производство. Как уже говорилось ранее, в 2001 г. правительство США приняло программу под названием “Национальная нанотехнологическая инициатива”. По решению правительства уже в 2003 г. объем ее финан­сирования был увеличен в 2,5 раза и достиг 710 млн долл. На последующие четыре года, начиная с 2005 г., в США дополнительно было выделено еще 3,7 млрд долл.