CARTA DI PROGETTO

Fascia di età: 8-10 gradi.

Rilevanza: le nanotecnologie sono strettamente legate alla vita umana moderna.

Bersaglio: ampliamento delle idee sulle nanotecnologie e sui campi di applicazione.

Sede del progetto: biologia, fisica, chimica, medicina, affari militari.

Tipo di progetto: gruppo.

Durata del progetto: da 2 settimane.

Situazione problematica

Il campo della scienza e della tecnologia chiamato nanotecnologia è relativamente recente. Le prospettive per questa scienza sono grandiose. La stessa particella "nano" significa un miliardesimo di valore. Ad esempio, un nanometro è un miliardesimo di metro. Queste dimensioni sono simili a quelle di molecole e atomi. La definizione esatta di nanotecnologie è la seguente: le nanotecnologie sono tecnologie che manipolano la materia a livello di atomi e molecole (ecco perché le nanotecnologie sono anche chiamate tecnologia molecolare). L'impulso per lo sviluppo della nanotecnologia è stato l'idea scientifica che, dal punto di vista della fisica, non ci sono ostacoli alla creazione di cose direttamente dagli atomi.
Già oggi possiamo godere dei vantaggi e delle nuove opportunità della nanotecnologia in:

• medicinale;
• farmacologia;
• ecologia;
• informatica, sistemi di sicurezza dell'informazione;
• sistemi di comunicazione;
• attrezzature per autoveicoli, trattori e aeronautici;
• sicurezza stradale;
• nuovi sistemi di navigazione.

Successivamente, l'insegnante o gli insegnanti di varie aree disciplinari offrono agli studenti di dividersi in gruppi in base ai loro interessi cognitivi ed esplorare le nanotecnologie nel campo di conoscenza prescelto.

Compito del progetto: studiare la storia delle nanotecnologie, l'idea delle nanotecnologie, l'applicazione delle nanotecnologie in vari campi della conoscenza, inventare e offrire più opzioni per l'uso delle nanotecnologie.

Possibile prodotto del progetto:

• saggio;
• rapporto;
• articolo;
• presentazione.

Fonti di informazione per gli studenti:

1. Kobayashi N. Introduzione alla nanotecnologia. M.: Binom, 2005.
2. Chaplygin A. Nanotecnologie in elettronica. M.: Technosfera, 2005.

Risorse necessarie per completare l'attività progettuale: campioni di scala di luccio, scanner, microscopi.

Organizzazione delle attività di progetto(nell'applicazione).

Fasi principali	Attività degli studenti in questa fase	L'attività dell'insegnante in questa fase	Tecnologie di apprendimento utilizzate
1. Orientamento	Orientamento in ambito tematico, definizione dell'argomento del progetto, ricerca e analisi del problema, definizione dell'obiettivo del progetto, scelta del nome del progetto	Consulenza	Apprendimento basato sui problemi, case-study, tecnologia dei laboratori creativi
2. Principale	Sviluppo, discussione di possibili opzioni progettuali, raccolta e studio delle informazioni, distribuzione delle responsabilità in un progetto di gruppo	Consulenza	Metodo di progetto, apprendimento basato sui problemi
3. Riflettente	Analisi dei risultati del progetto, autovalutazione della qualità del progetto, apportando le modifiche necessarie	Formazione di gruppi di revisori, esperti "esterni".	Metodo del progetto
4. Generalizzazione, presentazione	Preparazione del testo e protezione del progetto. Esame dei progetti dei compagni di classe	Consultazioni individuali e di gruppo sui contenuti e le regole per la progettazione del lavoro di progettazione. Opinione di un esperto. Riassumendo, analisi del lavoro svolto	Discussione, seminario, tavola rotonda

Valutazione delle prestazioni. Avviene attraverso la discussione collettiva e l'autovalutazione. L'insegnante ricorda i criteri con cui i ragazzi valutano il proprio lavoro e quello degli altri: ragionamento, capacità di persuasione, attività, avere la propria opinione.

Scarica tutti i materiali del progetto

Le nanotecnologie stanno entrando molto attivamente nel campo della ricerca scientifica e, da esso, nella nostra vita quotidiana. I nano-oggetti creati artificialmente sorprendono costantemente i ricercatori con le loro proprietà e promettono le prospettive più inaspettate per la loro applicazione. E i nanoprodotti hanno una forte influenza sullo stato fisico e spirituale di una persona.

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Anteprima:

La nanotecnologia nella nostra vita
Gli sviluppi nel campo della nanotecnologia sono utilizzati in quasi tutti i settori: in medicina, ingegneria meccanica, gerontologia, industria, agricoltura, biologia, cibernetica, elettronica ed ecologia. Con l'aiuto delle nanotecnologie è possibile esplorare lo spazio, raffinare il petrolio, sconfiggere molti virus, creare robot, proteggere la natura e costruire computer ultraveloci. Lo sviluppo della nanotecnologia cambierà la vita dell'umanità più dello sviluppo della scrittura, del motore a vapore o dell'elettricità. Il nanomondo è complesso e ancora relativamente poco studiato, eppure non così lontano da noi come sembrava qualche anno fa.

La nanotecnologia in medicina

A partire dal sviluppi nanotecnologici in medicinain attesa di conquiste rivoluzionarie nella lotta al cancro, alle infezioni particolarmente pericolose, nella diagnosi precoce, nelle protesi. In tutte queste aree è in corso un'intensa attività di ricerca. Alcuni dei loro risultati sono già entrati nella pratica medica. Ecco solo due esempi notevoli:

Uccidendo i microbi e distruggendo i tumori, i farmaci di solito infliggono un duro colpo agli organi e alle cellule del corpo sani. È per questo che alcune delle malattie più gravi non possono ancora essere curate in modo affidabile: i medicinali devono essere usati in dosi troppo piccole. La via d'uscita è fornire la giusta sostanza direttamente alla cellula interessata senza toccare il resto.

Per fare ciò, vengono create nanocapsule, molto spesso particelle biologiche (ad esempio liposomi), all'interno delle quali viene posta una nanodose del farmaco. Gli scienziati stanno cercando di "sintonizzare" le capsule su determinati tipi di cellule che devono distruggere penetrando nelle membrane. Più recentemente, sono apparsi i primi preparati industriali di questo tipo per combattere alcuni tipi di cancro e altre malattie.

Le nanoparticelle aiutano a risolvere altri problemi con la somministrazione di farmaci nel corpo. Quindi, il cervello umano è seriamente protetto dalla natura dalla penetrazione di sostanze non necessarie attraverso i vasi sanguigni. Tuttavia, questa protezione non è l'ideale. Viene facilmente superato da molecole di alcol, caffeina, nicotina e antidepressivi, ma blocca i farmaci per gravi malattie del cervello stesso. Per inserirli, devi eseguire operazioni complesse. Un nuovo modo per somministrare farmaci al cervello utilizzando nanoparticelle è ora in fase di sperimentazione. Una proteina che attraversa liberamente la “barriera cerebrale” svolge il ruolo di un “cavallo di Troia”: un punto quantico (nanocristallo semiconduttore) viene “fissato” alle molecole di questa proteina e, insieme ad essa, penetra nelle cellule cerebrali. Mentre i punti quantici segnalano solo che la barriera è stata superata, in futuro si prevede di utilizzarli e altre nanoparticelle per la diagnostica e il trattamento.

Il progetto mondiale di decifrazione del genoma umano è stato da tempo completato: una determinazione completa della struttura delle molecole di DNA che si trovano in tutte le cellule del nostro corpo e controllano continuamente il loro sviluppo, divisione e rinnovamento. Tuttavia, per la prescrizione individuale di farmaci, per la diagnosi e la prognosi delle malattie ereditarie, è necessario decifrare non il genoma in generale, ma il genoma di un determinato paziente. Ma il processo di decodifica è ancora molto lungo e costoso.

La nanotecnologia offre modi interessanti per risolvere questo problema. Ad esempio, l'uso di nanopori: quando una molecola passa attraverso un tale poro posto in una soluzione, il sensore la registra modificando la resistenza elettrica. Tuttavia, si può fare molto senza aspettare una soluzione completa a un problema così complesso. Esistono già biochip che riconoscono in un'analisi più di duecento "sindromi genetiche" responsabili di varie malattie in un paziente.

La diagnostica dello stato delle singole cellule viventi direttamente nel corpo è un altro campo di applicazione della nanotecnologia. Attualmente sono in fase di sperimentazione sonde, costituite da una fibra ottica spessa decine di nanometri, a cui è attaccato un nanoelemento chimicamente sensibile. La sonda viene inserita nella cella e trasmette le informazioni sulla reazione dell'elemento sensibile tramite la fibra ottica. In questo modo è possibile studiare in tempo reale lo stato di varie zone all'interno della cellula, per ottenere informazioni molto importanti sulle violazioni della sua fine biochimica. E questa è la chiave per diagnosticare malattie gravi in ​​una fase in cui non ci sono ancora manifestazioni esterne - e quando è molto più facile curare la malattia.

Un esempio interessante è la creazione di nuove tecnologie per il sequenziamento (che determina la sequenza nucleotidica) delle molecole di DNA. Tra queste tecniche va menzionata prima di tutto il sequenziamento dei nanopori, una tecnologia che utilizza i pori per contare particelle di dimensioni da submicroniche a millimetri, sospese in una soluzione elettrolitica. Quando una molecola passa attraverso un poro, la resistenza elettrica nel circuito del sensore cambia. E ogni nuova molecola viene registrata dal cambiamento in corso. L'obiettivo principale che gli scienziati che stanno sviluppando questo metodo stanno cercando di raggiungere è imparare a riconoscere i singoli nucleotidi nella composizione di RNA e DNA.

Tecnologie dell'informazione

Le tecnologie dell'informazione si stanno sviluppando rapidamente davanti ai nostri occhi. Nanotecnologia si stanno trasformando in modo rivoluzionario in connessione con la possibilità di rendere l'attrezzatura più in miniatura e più adatta alle esigenze individuali di una persona. Sono noti numerosi gruppi molecolari organici che possono funzionare come un raddrizzatore, un bus conduttivo o un dispositivo di archiviazione. Per memorizzare un bit di informazione, in teoria, è necessaria solo una molecola. Un disco rigido realizzato in questo modo potrebbe avere una capacità molte volte superiore alle controparti odierne.

Una delle aree più promettenti della nanoelettronica oggi è l'uso di nanofili (nanofili) - fili di vari materiali, il cui spessore raggiunge alcuni nanometri. Un transistor può essere "allungato" lungo il nanofilo: si presume che tali transistor diventeranno la base per circuiti elettronici flessibili situati nel "tessuto intelligente". Ovviamente, richiederà una tecnologia affidabile per creare enormi array di transistor su nanofili, ed è sorprendente che uno dei modi più realistici per farlo sia assemblare nanofili usando nanomacchine naturali, molecole di DNA. In questo percorso sono già stati raggiunti risultati incoraggianti.

I nanofili possono anche essere molto utili per creare una memoria magnetica non volatile di nuova generazione (non cancellata allo spegnimento). Senza parti mobili, un dispositivo del genere combinerebbe la capacità di un disco rigido con le dimensioni e la velocità di lettura dei migliori chip di silicio.

Tuttavia, oggi nessuno può affermare che i nanofili diventeranno la base della tecnologia informatica nel prossimo futuro. Molti gruppi di ricerca stanno lavorando su altri elementi di base, in particolare i film di grafene. Tuttavia, tutte le aree promettenti riguardano la nanotecnologia, ovvero utilizzano le proprietà insolite delle strutture nanometriche create artificialmente di determinati materiali. In futuro, tali materiali dovrebbero garantire la creazione di processori ancora più potenti e compatti, dove le informazioni non saranno più rappresentate da una carica elettrica, come è ora. L'elettronica sta per essere sostituita dalla spintronica, che opera sugli stati dei singoli atomi o molecole.

Ebbene, a lungo termine, è probabile che la tecnologia informatica debba affrontare una rivoluzione ancora più fondamentale, non solo nella base degli elementi, ma nei principi stessi dell'informatica. Stiamo parlando della creazione di processori quantistici, dispositivi che funzionano con "bit quantistici" o "qubit". Un processore quantistico non deve essere molto piccolo: gli attuali prototipi occupano un'intera stanza. Molto probabilmente, non diventerà un sostituto di un computer classico. Il valore di questa macchina è diverso: sfruttando le leggi della meccanica quantistica, è in grado (finora - solo in teoria!) di risolvere alcuni problemi praticamente inaccessibili ai normali computer: decifrare i cifrari più complessi, analizzare database giganti con grande velocità e, soprattutto, per calcolare la struttura con elevata precisione e le proprietà delle sostanze a livello molecolare.

Nei prossimi anni, gli scienziati prevedono solo di sviluppare tecnologie affidabili per la creazione di singoli qubit. Tuttavia, le potenziali possibilità dei computer quantistici sono così allettanti che in questi studi sono coinvolti team di ricerca sempre nuovi e, prima di tutto, nanotecnologi.

Energia

Esiste anche una potenziale alternativa nanotecnologica alle risorse energetiche. Ciò è particolarmente vero in un'era di prezzi mondiali estremamente elevati del petrolio. Il petrolio potrebbe sostituire l'energia solare. Gli scienziati sono convinti che con un certo uso delle nanotecnologie, l'efficienza della raccolta dell'energia solare aumenterà così tanto che tutti si dimenticheranno semplicemente di petrolio e carbone. L'energia del Sole è ugualmente disponibile per tutti gli stati del pianeta, ed è difficile immaginare come un paese bloccherà l'accesso di un altro a questa fonte. Di conseguenza, una delle cause di guerre e conflitti dovuti alla nanotecnologia potrebbe diminuire.

Nanotecnologie e cibo

Se un concetto come la nanotecnologia sta guadagnando sempre più fama grazie alla sua applicazione in molti importanti settori dell'attività umana, allora un termine come nanoeed praticamente sconosciuto a nessuno. Tuttavia, anche le nanotecnologie sono molto richieste in questo settore. Soprattutto considerando che la continua crescita della popolazione mondiale, insieme alla crescita dei consumi negli ultimi anni, è diventata uno dei problemi globali più acuti. Sapevi che una parte significativa degli additivi biologicamente attivi utilizzati nella zootecnia semplicemente non viene assorbita dagli animali? E qui, come nel caso dei cosmetici, vengono in soccorso le nanotecnologie: gli additivi e le vitamine biologicamente attivi racchiusi in micelle con un diametro di diverse decine di nanometri vengono assorbiti dall'organismo molto meglio di quelli disciolti in acqua o cibo liquido. E poiché le vitamine e gli integratori alimentari vengono assorbiti meglio, la crescita muscolare è più rapida e la carne arriva sugli scaffali dei negozi molto prima del solito.

A proposito, il processo di consegna dei prodotti alimentari ai consumatori sta subendo cambiamenti significativi con l'introduzione diffusa delle nanotecnologie. Le grandi aziende alimentari sono maggiormente interessate alle tecnologie di imballaggio, in particolare le nanoparticelle d'argento utilizzate come rivestimento antibatterico sono ampiamente utilizzate. La nanotecnologia offre inoltre ai produttori alimentari opportunità uniche per un monitoraggio completo della qualità e della sicurezza dei prodotti direttamente nel processo di produzione, ad es. in tempo reale. Si tratta di macchine diagnostiche che utilizzano nanosensori di vario tipo, in grado di rilevare in modo rapido e affidabile i più piccoli contaminanti chimici o pericolosi agenti biologici nei prodotti. Tuttavia, le intenzioni degli scienziati riguardo all'uso di queste tecnologie nella produzione alimentare sono molto più ampie e ambiziose. Sperano che il loro uso nell'agricoltura (nella coltivazione di cereali, ortaggi, piante e animali) e nella produzione alimentare (nella lavorazione e nel confezionamento) porti alla nascita di una classe completamente nuova di prodotti che alla fine costringerà gli alimenti geneticamente modificati a uscire dalla mercato. Se questo accadrà o meno è una questione di un futuro molto prossimo.

Bellezza e nanotecnologie

L'industria della bellezza è una delle aree in cui la tecnologia più recente viene applicata più velocemente. Le nanotecnologie, che in tempi relativamente recenti hanno cessato di essere utilizzate esclusivamente nei dispositivi tecnici, ora si trovano sempre più spesso nei prodotti cosmetici. È stato stabilito che l'80 percento di tutte le sostanze cosmetiche applicate sulla pelle rimangono su di essa, indipendentemente dal costo. Ciò significa che l'effetto del loro utilizzo influisce, sostanzialmente, solo sulla condizione della parte più alta della pelle. Pertanto, il successo dell'industria cosmetica dipende sempre più dallo sviluppo di sistemi per fornire principi attivi agli strati profondi della pelle. Le nanotecnologie sono arrivate per aiutare a risolvere questo problema, che i cosmetologi devono affrontare da molto tempo. L'invecchiamento della pelle è dovuto al fatto che il rinnovamento cellulare rallenta con l'età. Per stimolare la crescita delle cellule giovani, il cui numero determina l'elasticità della pelle, il suo colore e l'assenza di rughe, è necessario agire sullo strato di crescita più profondo del derma. È separato dalla superficie della pelle da una barriera di squame cornee tenute insieme da uno strato lipidico. Questo può essere fatto solo attraverso spazi intercellulari, il cui diametro è trascurabile - non più di 100 nm. Ma i "cancelli" microscopici non sono l'unico ostacolo. C'è un'altra difficoltà: le sostanze che riempiono queste lacune “non lasciano passare” composti idrosolubili. Ma queste sostanze, chiamate lipidi, possono essere "imbrogliate" usando la nanotecnologia. Una delle soluzioni al problema del rilascio di sostanze biologicamente attive è stata la creazione di "contenitori" artificiali, liposomi, che, in primo luogo, sono di piccole dimensioni, penetrano negli spazi intercellulari e, in secondo luogo, sono riconosciuti dai lipidi come "amici" . Un liposoma è un sistema colloidale in cui il nucleo d'acqua è circondato su tutti i lati da una formazione sferica chiusa. Il composto idrosolubile così mascherato passa senza ostacoli attraverso la barriera lipidica. I cosmetici a base di liposomi combattono i primi segni dell'invecchiamento cutaneo: aumento della secchezza, delle rughe. Grazie al sistema dei complessi liposomiali, i nutrienti sono in grado di penetrare abbastanza in profondità. Ma, sfortunatamente, non abbastanza per influenzare in modo significativo i processi rigenerativi della pelle. Le micelle sono particelle microscopiche formate in soluzioni e costituite da un nucleo e un guscio. A seconda dello stato della soluzione, di cosa sono costituiti il ​​nucleo e il guscio, le micelle possono assumere varie forme esterne. I liposomi sono una delle varietà di micelle. Il passo successivo nello sviluppo di cosmetici antietà è stata la creazione di nanos. Questi complessi di trasporto sono anche più piccoli dei liposomi e sono strutture sferiche piene di vitamine, microelementi o altre sostanze utili. A causa delle loro piccole dimensioni, i nanosomi sono in grado di penetrare negli strati più profondi della pelle. Ma con tutti i loro vantaggi, i nanosomi non sono in grado di trasportare i complessi bioattivi necessari per una corretta alimentazione cellulare. Tutto quello che possono fare è trasportare una sostanza, come una vitamina. I recenti sviluppi nel campo della biotecnologia hanno permesso di creare prodotti cosmetici che non solo possono penetrare nella zona dello strato germinale del derma, ma anche causare esattamente quei processi che sono stati programmati in laboratorio. Cosmetici mirati a base di nanocomplessi non solo trasferiscono i nutrienti agli strati profondi della pelle: nel suo arsenale, a seconda del compito, ci sono idratanti, purificanti, eliminando le tossine, levigando cicatrici, cicatrici e molto altro. Inoltre, i nanocomplessi sono creati in modo tale che il rilascio di sostanze bioattive avvenga esattamente sulla zona della pelle dove sono necessarie. Il principale vantaggio di tali cosmetici è la prevenzione mirata dell'invecchiamento. Dopotutto, correggere i processi che si verificano nella pelle è molto più efficace che gestire i risultati di questi processi.

Macchine

L'industria automobilistica è una di quelle che per prima percepisce le innovazioni, comprese quelle nanotecnologiche. Ancora oggi, in questo settore, il fatturato globale dei prodotti che utilizzano le nanotecnologie è stimato in oltre 8 miliardi di dollari e la previsione per il 2015 è di 54 miliardi. Ecco solo alcuni esempi di come la nano-innovazione stia trasformando gli elementi familiari di un'auto.

I materiali compositi rendono le parti del corpo resistenti e leggere. Le carrozzerie delle auto di Formula 1 sono realizzate in composito di fibra di carbonio, perché una carrozzeria del genere può resistere anche a collisioni a velocità di circa 300 km / h. Anche i dischi dei freni sono realizzati in compositi carbonio-metallo: non si surriscaldano durante le frenate intense prolungate.

L'aggiunta di nanoparticelle al combustibile aumenta l'efficienza della sua combustione, riducendo al contempo la quantità di sostanze nocive emesse nell'atmosfera. Le nanoparticelle nell'olio contribuiscono ad aumentare la vita del motore: secondo alcuni rapporti, l'uso di tali additivi riduce l'usura delle parti di 1,5-2 volte.

La superficie graffiata dell'auto non solo ha un aspetto negativo, ma peggiora anche le proprietà aerodinamiche dell'auto, annullando la percentuale di risparmio di carburante fornita dall'aerodinamica. Pertanto, la nanotecnologia viene utilizzata anche nella produzione di vernici per renderle più resistenti alle influenze esterne. Daimler Chrysler utilizza da diversi anni la vernice ceramica su scala nanometrica per i veicoli Mercedes-Benz. È molto più difficile da graffiare del normale e brilla anche alla luce del sole in un modo speciale. E l'industria sta padroneggiando con potenti e principali rivestimenti a base di nanoparticelle di biossido di titanio per i finestrini autopulenti. In futuro, il mercato si aspetta la comparsa di nanopitture in grado di cambiare colore su un'ampia gamma. Esistono già nanorivestimenti anticorrosione per la carrozzeria dell'auto e nei prossimi anni dovrebbero apparire nuove generazioni di tali rivestimenti: "materiali intelligenti" autorigeneranti saturi di nanocapsule. Quando danneggiate o arrugginite, le capsule rilasciano nanoparticelle "guaritrici".

Anche i fari dovrebbero cambiare radicalmente nei prossimi anni. Le lampade allo xeno alla moda oggi possono essere sostituite da lampade a LED prodotte utilizzando la nanotecnologia. In una prospettiva leggermente più distante: sorgenti luminose basate su punti quantici, nanocristalli semiconduttori. Alla gomma per pneumatici vengono aggiunte nanoparticelle di carbonio (il cosiddetto carbonio nero) e la sua forza è notevolmente aumentata. I liquidi saturi di nanoparticelle magnetiche vengono testati per l'uso in ammortizzatori con rigidità regolabile.

La nanotecnologia di dopodomani può rendere l'auto completamente diversa anche esternamente. Ha creato compositi polimerici su nanotubi, prodotti dai quali cambiano forma sotto l'influenza della corrente elettrica. Vogliono usarli nell'industria aeronautica: l'aereo sarà in grado di cambiare la forma dell'ala, adattandosi alle condizioni di volo. Ma quasi allo stesso tempo, BMW ha mostrato il suo nuovo concetto: un'auto dalla forma mutevole, saturata anche di nanomateriali. Pertanto, l'idea di un'auto con geometria non rigida è nell'aria. Non c'è dubbio che i nanotecnologi cercheranno di riportarlo alla mente, più precisamente, a un nanomateriale intelligente.

Un'auto a idrogeno è una delle linee generali per lo sviluppo del trasporto a motore. Gli americani hanno in programma di rendere disponibile questa tecnologia entro il 2015. Le nanotecnologie sono chiamate a svolgere un ruolo decisivo nelle tre fasi principali del lavoro con l'idrogeno. In primo luogo, potenti installazioni solari basate su nanomateriali sarebbero molto utili per ottenere idrogeno dall'acqua. In secondo luogo, sarebbe molto più sicuro immagazzinare idrogeno non in bombole sotto un'enorme pressione, ma in materiali nanoporosi: ora sono in costruzione. Infine, gli stessi elementi energetici, molto probabilmente, non faranno a meno delle nanostrutture.

Ebbene, strade intelligenti, sature di sensori nanoelettronici che raccontano alla smart car tutto ciò che serve per una guida sicura, il lettore può facilmente immaginarsi.

In una parola, le nanotecnologie sono la "chiave magica" di tutti i rami della scienza e della produzione.

La spesa globale per progetti di nanotecnologia supera ora i 9 miliardi di dollari all'anno. Gli Stati Uniti rappresentano circa un terzo di tutti gli investimenti globali nella nanotecnologia. Altri importanti investitori nel mercato delle nanotecnologie sono l'Unione Europea e il Giappone. Le previsioni mostrano che entro il 2015 il numero totale di dipendenti di vari rami dell'industria delle nanotecnologie potrebbe raggiungere i 2 milioni di persone e il costo totale dei beni prodotti utilizzando i nanomateriali potrebbe avvicinarsi a 1 trilione di dollari.

La nanotecnologia nell'art

Una serie di opere dell'artista americanoNatasha Vita-Morlegati alla nanotecnologia.

In moderno arteè emersa una nuova tendenzananoarte"(nanoarte) (ing.nanoarte ) è una forma d'arte associata alla creazioneartistasculture (composizioni) di micro e nano dimensioni (10-6 e 10 -9 m, rispettivamente) sotto l'influenza di processi chimici o fisici di lavorazione dei materiali, fotografando il ottenutonanoimmagini utilizzandomicroscopio elettronicoed elaborare fotografie in bianco e nero in un editor grafico (ad esempio,Adobe Photoshop).

La composizione "Nanobots" del gruppo russo Re-Zone è dedicata ai nanorobot e al loro ruolo nel progresso sociale.

La nanotecnologia nella fantascienza

Nella famosa opera dello scrittore russoN. Leskova"Mancino" ( anno) c'è un frammento interessante:

Se, - dice, - ci fosse un cannocchiale migliore, che lo ingrandisce a cinque milioni, allora ti degneresti, - dice, - di vedere che su ogni ferro di cavallo è riportato il nome del maestro: quale maestro russo ha fatto quel ferro di cavallo - il capo di una società di nanotecnologie e la prima persona a sperimentare gli effetti della medicinananorobot. Nella serie di fantascienzaStargate: SG-1"una delle gare tecnicamente e socialmente più avanzate è la corsa"replicatori”, sorto a seguito di un esperimento fallitoantico con l'uso e la descrizione di varie applicazioni delle nanotecnologie. Nel film"Il giorno in cui la Terra si fermòCon Keanu Reeves, una civiltà aliena condanna l'umanità a morte e quasi distrugge tutto sul pianeta con l'aiuto di coleotteri nano-replicanti auto-replicanti, divorando tutto sul suo cammino.a Mosca nel complesso fieristico centrale "Expocentre". Il programma del Forum prevedeva la parte commerciale, le sezioni scientifiche e tecnologiche, le presentazioni di poster, le relazioni dei partecipanti al Concorso internazionale per le opere scientifiche di giovani scienziati nel campo delle nanotecnologie e una mostra. In totale, 9024 partecipanti e visitatori provenienti dalla Russia e da 32 paesi esteri hanno preso parte agli eventi del Forum, tra cui: 4048 partecipanti alla parte congressuale del Forum 4212 visitatori della mostra 559 addetto allo stand 205 rappresentanti dei media hanno seguito il lavoro del Forum A 200910.191 persone provenienti da 75 regioni della Federazione Russa e 38 paesi esteri hanno preso parte agli eventi del Forum, tra cui: 4.022 partecipanti alla parte congressuale del Forum 9.240 visitatori della mostra 951 addetto allo stand 409 rappresentanti dei media hanno seguito i lavori del Forum A 2010Quasi 7.200 persone hanno partecipato al forum. Tra i visitatori delle escursioni organizzate appositamente dalla Fondazione Forum RUSNANO per gli scolari c'erano i partecipanti alle Olimpiadi della nanotecnologia Internet tutta russa e gli scolari, che per la prima volta si sono trovati al centro di un grande evento sulle nanotecnologie. Gli scolari di Cheboksary, Tula, Rostov sul Don sono venuti appositamente per partecipare al Forum. Gli studenti post-laurea sono diventati guide turisticheUniversità statale di Mosca Lomonosovinclusi nel processo di preparazione delle Olimpiadi nanotecnologiche.

allievo 1 1 -Classe B

OOSH /-/// passaggi n. 41

Kolosova Nikita Supervisore: insegnante di fisica Minaeva I.A.

Nanotecnologie: un posto tra le altre scienze

NANOTECNOLOGIE

Chimica, fisica atomica e nucleare

Astronomia

capelli

acari della polvere

cellula

continente

pianeti

Terra

atomi

Umano

Scienze sociali

Geologia

Biologia

Possiamo far funzionare il nanomondo per noi !!!

Perché la "nanotecnologia" è interessante?

batteriofago

batteriofago

Particella Au circondato da più piccoli

Particella Au circondato da più piccoli

virus dell'influenza

virus dell'influenza

Il nanomondo vive dentro di noi e lavora per noi !!!

Mosaico di 1 nm C 60

Le fasi principali dello sviluppo delle nanotecnologie:

Il premio Nobel del 1959 Richard Feynman dichiara che in futuro, avendo imparato a manipolare i singoli atomi, l'umanità sarà in grado di sintetizzare qualsiasi cosa. 1981 Creazione da parte di Binig e Rohrer di un microscopio a scansione a effetto tunnel - un dispositivo che consente di influenzare la materia a livello atomico. 1982-85 Raggiungere la risoluzione atomica. 1986 Realizzazione di un microscopio a forza atomica che, a differenza di un microscopio a tunnel, permette di interagire con qualsiasi materiale, non solo conduttivo. 1990 Manipolazione di un singolo atomo. 1994 Inizio dell'applicazione dei metodi nanotecnologici nell'industria.

La medicina .

Creazione di medici robotici molecolari che "vivrebbero" all'interno del corpo umano, eliminando o prevenendo ogni danno, anche genetico. Periodo di attuazione - prima metà del XXI secolo.

Eritrociti e batteri - vettori di nanocapsule con farmaci

Metodo di consegna di nanoparticelle con farmaci o frammenti di DNA (geni) per il trattamento cellulare

Gli eritrociti con nanocapsule incollate ad essi, in grado di attaccarsi solo a determinati tipi di cellule (quelle malate), consegneranno queste capsule alle cellule bersaglio.

Gerontologia.

Raggiungere l'immortalità personale delle persone attraverso l'introduzione di robot molecolari nel corpo che prevengono l'invecchiamento cellulare, nonché ristrutturando e migliorando i tessuti del corpo umano. Revival e cura di quei malati senza speranza che erano attualmente congelati con metodi crionici. Epoca di attuazione: terzo - quarto quarto del XXI sec.

Industria.

Sostituzione dei metodi di produzione tradizionali con robot molecolari che assemblano merci direttamente da atomi e molecole. Periodo di attuazione - l'inizio del XXI secolo

I nanotubi rendono i materiali polimerici più resistenti

• Le prospettive per l'uso della nanotecnologia nell'industria automobilistica oggi non sono del tutto chiare. Tuttavia, è incoraggiante il fatto che i nanomateriali siano già utilizzati nell'industria automobilistica, sebbene la maggior parte di essi sia ancora in fase di sviluppo del design. Le case automobilistiche hanno già accumulato molta esperienza in questo settore.

Le nanofibre rendono la superficie pulita.

A sinistra, la goccia non bagna la superficie costituita da nanofili e quindi non si stende su di essa. Sulla destra è una rappresentazione schematica di una superficie simile a una spazzola da massaggio; theta - l'angolo di contatto, il cui valore indica la bagnabilità della superficie: maggiore è theta, minore è la bagnabilità.

Agricoltura.

Sostituzione di produttori alimentari naturali (piante e animali) con complessi funzionali simili di robot molecolari. Riprodurranno gli stessi processi chimici che si verificano in un organismo vivente, ma in un modo più breve ed efficiente.

Ad esempio, dalla catena "suolo - anidride carbonica - fotosintesi - erba - mucca - latte" tutti i collegamenti non necessari verranno rimossi. Rimarrà "suolo - anidride carbonica - latte (ricotta, burro, carne)". Tale "agricoltura" non dipenderà dalle condizioni meteorologiche e non richiederà un duro lavoro fisico. E la sua produttività sarà sufficiente per risolvere il problema alimentare una volta per tutte.

Il periodo di attuazione è il secondo - quarto quarto del XXI secolo.

Biologia

Diventerà possibile introdurre nanoelementi in un organismo vivente a livello atomico. Le conseguenze possono essere molto diverse: dal "ripristino" di specie estinte alla creazione di nuovi tipi di esseri viventi, i biorobot. Periodo di attuazione: metà del 21° secolo.

Le nanotecnologie in criminalistica.

L'impronta digitale sulla carta è la stessa dopo aver contrastato con le nanoparticelle d'oro che aderiscono ai segni di untuosità lasciati sulla carta.

Ecologia

Eliminazione completa degli effetti nocivi dell'attività umana sull'ambiente.

• In primo luogo, saturando l'ecosfera con robot molecolari ordinati che trasformano i rifiuti umani in materie prime;
• E in secondo luogo, a causa del trasferimento dell'industria e dell'agricoltura a metodi nanotecnologici non rifiuti. Periodo di attuazione: metà del 21° secolo.

Esplorazione dello spazio

Apparentemente, l'esplorazione dello spazio nell'ordine "normale" sarà preceduta dalla sua esplorazione da parte di nanorobot.

Un enorme esercito di robot molecolari verrà rilasciato nello spazio vicino alla Terra e lo preparerà per l'insediamento umano: rendere abitabili la Luna, gli asteroidi, i pianeti più vicini, costruire stazioni spaziali con "materiali improvvisati" (meteoriti, comete).

Sarà molto più economico e sicuro rispetto ai metodi attuali.

Cibernetica

Ci sarà una transizione dalle strutture planari attualmente esistenti ai microcircuiti tridimensionali, la dimensione degli elementi attivi diminuirà alla dimensione delle molecole. Le frequenze operative dei computer raggiungeranno valori di terahertz. Si diffonderanno soluzioni schematiche basate su elementi simili a neuroni. Apparirà la memoria a lungo termine ad alta velocità basata su molecole proteiche, la cui capacità sarà misurata in terabyte. diventerà possibile "reinsediamento" dell'intelligenza umana nel computer. Periodo di attuazione: il primo - il secondo quarto del XXI secolo.

Display flessibile in nanotubi.

matrice di visualizzazione flessibile basata su nanotubi;

display flessibile con Leonardo da Vinci.

Sicurezza delle nanotecnologie?

Almeno 300 prodotti di consumo, tra cui creme solari, dentifrici e shampoo, sono realizzati utilizzando la nanotecnologia. La FDA ne consente ancora la vendita senza un'etichetta speciale "Contiene nanoparticelle". Allo stesso tempo, molti ricercatori sostengono che la penetrazione all'interno di tali nanoparticelle può causare reazioni infiammatorie o immunologiche. Pertanto, in una certa misura, entrando nell'era delle nanotecnologie, ci mettiamo al posto delle cavie sperimentali.

La nanotecnologia esiste da molto tempo

Rivestimento antimicrobico con nanoparticelle di TiO2 e Ag

Fogli con nanoparticelle di Ag, che hanno un effetto battericida e antimicotico

Medicazioni antimicrobiche con nanoparticelle di Ag ad azione battericida

Crema solare con nanoparticelle di ZnO - non appiccicosa e trasparente

Un flacone spray che spruzza una sospensione sterilizzante di nanoparticelle di Ag

Ogni giorno ci avviciniamo all'inevitabile rivoluzione che porta la nanotecnologia. Creiamo nuovi dispositivi, otteniamo materiali unici a cui non avevamo mai pensato prima. L'uso della nanotecnologia nella vita di tutti i giorni ha permesso di cambiare la forma di oggetti a noi familiari. Di conseguenza, abbiamo ottenuto proprietà della sostanza completamente diverse, ma utili. La realtà intorno a noi diventa meno pericolosa e più favorevole per una vita comoda. Un buon esempio è la riduzione delle dimensioni usuali dei dispositivi elettrici usati alle dimensioni di nanoparticelle invisibili all'occhio umano. I computer stanno diventando più piccoli, ma molto più potenti. La nanotecnologia nella vita di tutti i giorni e nell'industria ha cambiato significativamente tutto ciò che ci circonda.

È possibile creare una forma di intelligenza artificiale in grado di soddisfare qualsiasi nostra esigenza? La risposta sta nell'applicazione razionale degli ultimi sviluppi. La nanotecnologia è la strada verso il futuro, poiché influenza tutti gli aspetti della nostra vita. L'uso della nanotecnologia offre molte opportunità, ma solleva anche una serie di preoccupazioni.

Finestra sul nanomondo

Il microscopio elettronico permette di guardare nel microcosmo. È molto difficile notare immediatamente le nanotecnologie nella vita di tutti i giorni senza attrezzature speciali, poiché sono così piccole da essere indistinguibili ad occhio nudo. È su tale scala che le sostanze mostrano le proprietà più insolite e inaspettate. L'uso di tali proprietà promette una rivoluzione tecnologica unica. Forniscono nuove possibilità radicali, come il controllo del corpo umano e dell'ambiente.

La storia dell'emergere delle nanotecnologie

Tutto ha inizio negli anni '80 del XX secolo con l'invenzione di uno strumento chiamato scansione (STM). Il professor James Jimzewski ha trascorso tutta la sua vita professionale nel mondo della nanoscala. È una delle prime persone al mondo che ha avuto l'opportunità di studiare la materia a livello di valori incredibilmente piccoli, milionesimi di millimetro. Questi microscopi consentono di studiare la superficie allo stesso modo della lettura cieca. Nessuno avrebbe potuto sospettare quanto sarebbe stata utile la nanotecnologia nella vita di tutti i giorni e nell'industria.

Il principio di lavorare con le nanoparticelle

Un microscopio a scansione utilizza una sonda spessa un atomo di ago. Quando si avvicina a pochi nanometri dal campione, gli elettroni vengono scambiati con la nanoparticella più vicina. Questo fenomeno è chiamato effetto tunnel. Il sistema di controllo rileva la variazione della corrente di tunneling e ora, sulla base di queste informazioni, viene eseguita una costruzione più accurata della topografia della superficie del campione in esame. Il software consente di convertire i dati in un'immagine che offre agli scienziati la chiave per un nuovo mondo che utilizza la nanotecnologia nella vita di tutti i giorni e in altri settori.

Secondo James Dzhimzewski, grazie al microscopio elettronico a scansione, gli scienziati hanno ottenuto per la prima volta immagini di atomi e molecole e sono stati in grado di studiarne la forma. Questa è stata una vera rivoluzione nella scienza, perché gli scienziati hanno iniziato a guardare molte cose in un modo completamente diverso, prestando attenzione alle proprietà dei singoli atomi e non a milioni e miliardi di particelle, come avveniva in passato.

Prime scoperte

L'uso delle nuove tecnologie ha portato a una scoperta sorprendente. Quando il dispositivo si è avvicinato all'atomo a una distanza di 1 nanometro, è sorto un legame tra esso e l'atomo. Questa caratteristica ha permesso di trovare un modo per spostare le singole microparticelle. Grazie a questa scoperta, è diventato possibile utilizzare la nanotecnologia per una vita confortevole.

Come ha spiegato James Dzhimzewski, professore all'Università della California, il microscopio a scansione tunnel ha permesso di toccare praticamente molecole e atomi. Per la prima volta, gli scienziati sono stati in grado di manipolare gli atomi sulla superficie della materia e creare strutture prima inimmaginabili.

Questa nuova scoperta (la capacità di osservare e manipolare le particelle più piccole che compongono la materia) ha permesso di utilizzare la nanotecnologia in tutti i settori, senza eccezioni.

Sviluppo della nanotecnologia

Il fisico e filosofo Etin Klin ritiene che la possibilità di una svolta tecnologica attraverso la nanotecnologia sia abbastanza reale, ma ciò si basa in gran parte sull'entusiasmo dello scienziato.

Come afferma il fisico e filosofo Etin Klin, sono passati meno di 100 anni dal momento della conferma sperimentale dell'esistenza degli atomi al momento in cui sono stati in grado di manipolarli. Di fronte agli scienziati si aprono opportunità a cui prima non potevano nemmeno pensare. Solo grazie a ciò, il governo di tutti i paesi sviluppati ha iniziato a mostrare interesse per le scienze pertinenti. Tutto è iniziato con un'iniziativa americana nel 2002 dei fisici Roca e Benbridge. Questi scienziati hanno avuto la pazza idea che, grazie alla nanotecnologia, l'umanità sarebbe in grado di risolvere tutti i problemi che deve affrontare.

Questa affermazione è stata la spinta per l'avvio di numerosi studi che hanno permesso di implementare aree della scienza e della tecnologia avanzate come la microelettronica, l'informatica, la ricerca sull'energia nucleare, la microbiologia, la tecnologia laser, la medicina e molto altro.

Nanotecnologie: esempi

Nella vita di tutti i giorni ci sono tante sostanze impercettibili, ma molto importanti, la cui presenza non sospettiamo nemmeno! Diamo un'occhiata agli esempi più eclatanti:

• Dentifricio. In precedenza, nessuno pensava al motivo per cui un detergente per denti è diverso. Tutto ciò è dovuto alla presenza di alcune nanoparticelle. Ad esempio, l'idrossiapatite di calcio, invisibile ad occhio nudo, aiuta a ripristinare lo smalto danneggiato e protegge i denti dalla carie.

• Vernice per auto. Le moderne vernici per auto, grazie alle nanoparticelle, sono in grado di coprire graffi poco profondi e altre cavità formate sulla carrozzeria. Includono sfere microscopiche, che forniscono un tale effetto.

Scopo dell'evento: studiare l'introduzione delle nanotecnologie nella vita umana e mostrarne il significato nel mondo moderno.

1. Sviluppare le capacità di autoeducazione degli studenti, le capacità creative.

2. Instillare negli studenti il ​​rispetto per le persone di scienza e le loro conquiste.

3. Aiuta gli studenti ad ampliare la loro conoscenza di grandi scienziati.

Piano dell'evento.

1. Discorso introduttivo del facilitatore (Studio 1): “Cos'è la nanotecnologia”.

2. Storia dello sviluppo delle nanotecnologie. (Studio 2).

Aree di applicazione delle nanotecnologie.

3. Le nanotecnologie in medicina. (Studio 3).

4. Le nanotecnologie in biologia. (Studio 4).

5. La nanotecnologia nei cosmetici. (Studio 5).

Le nanotecnologie nell'industria.

6. NT nell'industria alimentare. (Uch.6).

7. NT nell'industria automobilistica. (Uch.7).

8. NT in agricoltura. (Uch.8).

9. NT in ecologia. (Uch.9).

10. NT in energia. (Uch.10).

11. NT in costruzione. (Uch.11).

12. NT in cibernetica ed elettronica. (Uch.12).

13. NT in criminalistica. (Uch.13).

14. NT nello spazio, nell'informazione e nelle tecnologie militari. (Uch.14).

Osservazioni conclusive del moderatore.

Discorso introduttivo del presentatore

1. Che cos'è la nanotecnologia? (Studio 1)

Le nanotecnologie sono modi per creare nuovi materiali, è un'opportunità per controllarli e produrre prodotti unici che avranno proprietà completamente nuove.

Nanotecnologia: un insieme di processi che consentono di creare materiali, dispositivi e sistemi tecnici, il cui funzionamento è determinato dalla nanostruttura, ad es. i suoi frammenti ordinati di dimensioni variabili da 1 a 100 nm (10 -9 m; atomi, molecole). La parola greca "nanos" significa grosso modo "nano". Quando la dimensione delle particelle diminuisce a 100-10 nm o meno, le proprietà dei materiali (meccanici, catalitici, ecc.) cambiano in modo significativo.

In connessione con questa definizione, sorge spontanea una domanda: come si può manipolare la materia a livello di atomi e molecole? Proviamo a capirlo, oltre a rivelare l'essenza della nanoscienza, considerare la storia del suo sviluppo, evidenziare gli oggetti del suo studio, i metodi di ricerca e, cosa più interessante, capire come una persona realizza l'enorme potenziale della nanoscienza nella vita di tutti i giorni .

2. Storia dello sviluppo delle nanotecnologie. (Studio 2)

Il campo della scienza e della tecnologia chiamato nanotecnologia, la terminologia corrispondente, è apparso relativamente di recente (Appendice 1)

3. Le nanotecnologie in medicina. (Soc. 3)

In medicina, il problema dell'utilizzo delle nanotecnologie risiede nella necessità di modificare la struttura della cellula a livello molecolare, cioè di effettuare la "chirurgia molecolare" con l'ausilio di nanobot. I nanobot sono medici robotici che trovano da soli la cellula colpita e possono ripararne il danno.

Una delle direzioni principali della nanomedicina sono i nanovaccini e la somministrazione mirata di farmaci, la cui essenza è che una capsula speciale fornisce le molecole di farmaco direttamente al tessuto interessato. Questa tecnica aumenta di dieci volte l'efficacia del farmaco. Inoltre, molti farmaci sono molto costosi e il meccanismo di nanoerogazione consente di ridurre i volumi richiesti di una sostanza di centinaia di volte, rendendo il farmaco finale più economico. Ma il principale vantaggio dei farmaci nelle nanocapsule è l'assenza di effetti collaterali negativi, poiché il farmaco non interagisce "lungo la strada" con altri tessuti e sostanze corporee. (Allegato 2)

4. Le nanotecnologie in biologia. (Soc. 4)

La biologia moderna è arrivata vicino a risolvere un compito così grandioso come decifrare la sequenza delle catene del DNA. (Allegato 3) . Nanotecnologie biologiche-biochip. Un chip è una piccola piastra sulla cui superficie sono presenti recettori per varie sostanze: proteine, tossine, aminoacidi. Possono rilevare istantaneamente agenti causali di tubercolosi, HIV, infezioni particolarmente pericolose, molti veleni, anticorpi contro il cancro, ecc. La nanobiotecnologia combina i risultati della nanotecnologia e della biologia molecolare. I biologi molecolari aiutano i nanotecnologi a imparare a comprendere e utilizzare nanostrutture e nanomeccanismi creati come risultato di un processo evolutivo di 4 miliardi di anni: strutture cellulari e molecole biologiche. L'uso delle proprietà speciali delle molecole biologiche e dei processi cellulari aiuta i biotecnologi a raggiungere obiettivi che altri metodi non sono in grado di raggiungere.

I nanotecnologi sfruttano anche la capacità delle biomolecole di autoassemblarsi in nanostrutture. Quindi, ad esempio, i lipidi sono in grado di combinarsi spontaneamente e formare cristalli liquidi.

5. La nanotecnologia nei cosmetici. (Studio 5)

Con l'aiuto della nanotecnologia, puoi davvero sembrare 15-20 anni più giovane. La loro essenza sta nel fatto che le nanosfere sono incluse nella composizione dei cosmetici, che hanno la capacità di penetrare nello strato sottocutaneo profondo. I componenti attivi sono racchiusi in queste peculiari microsfere. Con l'aiuto della nanotecnologia, rughe, brufoli, punti neri, cicatrici, ecc. vengono levigati.

Per migliorare qualitativamente le condizioni della pelle, rimuovere le rughe profonde, ottenere un'efficace idratazione della pelle, restituire bellezza e freschezza alla pelle matura, è necessario migliorare l'apporto di nutrienti agli strati profondi della pelle. Per penetrare in profondità nella pelle, i principi attivi "usano deviazioni" - spazi intercellulari e dotti escretori delle ghiandole cutanee. Passare attraverso gli spazi intercellulari non è così facile. Ciò è diventato possibile solo grazie a biotecnologie e nanotecnologie elevate.

Una delle soluzioni a questo problema è stata la creazione di contenitori artificiali in grado di penetrare la pelle a un livello più profondo grazie alle loro ridotte dimensioni. Ciò avviene grazie ai liposomi, molecole di trasporto che possono trasportare i farmaci negli strati più profondi della pelle.

Inoltre, con lo sviluppo della biotecnologia, è diventato possibile utilizzare particelle di trasporto ancora più piccole - nanosomi, che potevano essere "riempiti" con varie sostanze biologiche. Questo fu l'inizio dei nanocosmetici. Tuttavia, i nanosomi sono un veicolo per la consegna di una sola sostanza biologicamente attiva. (Allegato 4)

6. L'uso delle nanotecnologie nell'industria alimentare. (Campo 6)

Al via la ricerca sull'uso delle nanotecnologie nell'industria alimentare, ed è stato addirittura introdotto un termine per i prodotti di questa produzione: “nanofood”. Questo termine non significa che le porzioni saranno ora di dimensioni nanometriche. Significa che la tecnologia utilizzerà inclusioni di nanoparticelle che possono aiutare a risolvere molti problemi reali di un agricoltore moderno, oltre a fungere da apparenza di beni assolutamente fantastici. . La nanotecnologia può anche fornire ai trasformatori di alimenti opportunità uniche per controllare la qualità e la sicurezza dei prodotti durante la produzione. Si tratta di diagnostica che utilizza vari nanosensori in grado di rilevare in modo rapido e affidabile la presenza di contaminanti o agenti sfavorevoli nei prodotti. Un altro campo non arato della nanotecnologia è lo sviluppo di metodi per il trasporto e la conservazione dei prodotti, perché l'imballaggio non è un fattore meno importante nei prodotti alimentari moderni del suo contenuto.

Tra le prospettive più lontane per l'uso delle nanotecnologie, vengono annunciati progetti per la produzione di bevande e alimenti interattivi unificati: acquistando tali prodotti, il consumatore, con l'aiuto di semplici manipolazioni, sarà in grado di cambiare colore, odore e persino gusto del prodotto.

7. NT nell'industria automobilistica. (Uch.7). (Allegato 5)

8. Le nanotecnologie in agricoltura. (Campo 8)

La nanotecnologia ha il potenziale per rivoluzionare l'agricoltura. I robot molecolari saranno in grado di produrre cibo, sostituendo piante e animali agricoli. Ad esempio, è teoricamente possibile produrre latte direttamente dall'erba, bypassando il collegamento intermedio: una mucca. Tale "agricoltura" non dipenderà dalle condizioni meteorologiche e non richiederà un pesante lavoro fisico. E la sua produttività basterà a risolvere una volta per tutte il problema del cibo. Tuttavia, finora il passaggio dalla produzione in laboratorio alla produzione di massa è irto di problemi significativi e la lavorazione affidabile dei materiali su scala nanometrica nel modo richiesto è ancora molto difficile da implementare da un punto di vista economico. (Allegato 6)

9. Le nanotecnologie in ecologia. (Studio 9).

Le nanotecnologie possono anche stabilizzare la situazione ecologica. In primo luogo, a causa della saturazione con robot molecolari ordinati che trasformano i rifiuti umani in materie prime e, in secondo luogo, per il trasferimento dell'industria e dell'agricoltura a metodi nanotecnologici senza sprechi. Ad esempio, in futuro, i nanomateriali ridurranno significativamente il costo dei convertitori catalitici automobilistici che puliscono i gas di scarico dalle impurità nocive, poiché possono essere utilizzati per ridurre di 15-20 volte il consumo di platino e altri metalli preziosi utilizzati in questi dispositivi.

In ecologia, aree promettenti sono l'uso di filtri e membrane a base di nanomateriali per la purificazione dell'acqua e dell'aria, la desalinizzazione dell'acqua di mare, nonché l'uso di vari sensori per la rapida determinazione biochimica degli effetti chimici e biologici, la sintesi di nuovi materiali ecocompatibili, polimeri biocompatibili e biodegradabili e la creazione di nuovi metodi di smaltimento e riciclaggio dei rifiuti. Inoltre, la prospettiva di utilizzare forme nanopreparative a base di batteriorodopsina è di grande importanza. Gli studi condotti con campioni di terreno naturale interessati da radiazioni e danni chimici (compresi i terreni di Chernobyl) hanno mostrato la possibilità di ripristinarli con l'aiuto di preparati sviluppati allo stato naturale di microflora e fecondità in 2,5-3 mesi in caso di danni da radiazioni e in 5 -6 mesi con prodotti chimici. (Allegato 7)

10. Nanotecnologie nell'energia. (Campo 10)

L'obiettivo strategico è quello di sviluppare batterie ad alta capacità che consentano ai veicoli elettrici di percorrere lunghe distanze, oltre a poter garantire modalità più economiche di funzionamento delle fonti di energia rinnovabile come pannelli solari e turbine eoliche accumulando l'energia in eccesso. (Allegato 8)

11. NT in costruzione. (Campo 11)

Nella cibernetica, ci sarà una transizione ai microcircuiti tridimensionali e la dimensione degli elementi attivi diminuirà fino alla dimensione delle molecole. Le frequenze operative dei computer raggiungeranno valori di terahertz. Si diffonderanno soluzioni schematiche basate su elementi simili a neuroni. Apparirà una memoria ad alta velocità a lungo termine basata su molecole proteiche, la cui capacità sarà misurata in terabyte. Sarà possibile "reimpostare" l'intelligenza umana in un computer.

A causa dell'introduzione di nanoelementi logici in tutti gli attributi dell'ambiente, diventerà "ragionevole" ed estremamente confortevole per l'uomo. Tutto questo, secondo varie stime, richiederà circa 100 anni. (Allegato 10).

13. Le nanotecnologie nella criminalistica. (Campo 13).

La nanotecnologia trova la sua applicazione nello studio delle impronte digitali. Per contrastare le impronte oleose è stata utilizzata una sospensione di nanoparticelle d'oro con proprietà idrofobiche; in grado di aderire a superfici ricoperte di grasso. I risultati della moderna nanotecnologia consentiranno ora di ottenere rapidamente e accuratamente le impronte digitali dalle scene del crimine.Un modo moderno per ottenere campioni forensi da impronte digitali sfocate è trattare la superficie in studio con una sospensione acquosa di oro stabilizzata da anioni citrato. In un ambiente acido, le particelle d'oro sono attaccate a frammenti caricati positivamente della molecola nel sito dell'impronta digitale. L'immagine risultante viene trattata con una soluzione salina d'argento, per cui l'argento viene ripristinato, lasciando segni di metallo scuro sui caratteristici solchi dell'impronta digitale. Tuttavia, la soluzione d'oro è instabile, rendendo difficile la riproduzione del test da un test all'altro. La nanotecnologia ti consentirà di ottenere in modo rapido e preciso anche le impronte digitali sfocate. Ora Daniel Mandler e Joseph Almog dell'Università di Gerusalemme propongono un nuovo approccio. Hanno sostituito la soluzione di oro colloidale tradizionalmente utilizzata con un equivalente più stabile. Le nanoparticelle d'oro proposte come soluzione dagli scienziati israeliani sono stabilizzate con radicali idrocarburici a catena lunga e sospese in etere di petrolio. Queste particelle interagiscono con i frammenti di grasso delle impronte digitali attraverso interazioni idrofobiche e possono anche essere trattate con argento, producendo stampe di alta qualità in soli tre minuti di elaborazione.

14. Nanotecnologie nello spazio. Informazione e tecnologie militari. (Campo 14)

Una rivoluzione infuria nello spazio. Iniziarono a essere creati satelliti con nanodispositivi fino a 20 chilogrammi. È stato creato un sistema di microsatelliti. È meno vulnerabile ai tentativi di distruggerlo. Una cosa è abbattere un colosso in orbita del peso di diverse centinaia di chilogrammi, o addirittura tonnellate, mettendo immediatamente fuori combattimento tutte le comunicazioni spaziali o l'intelligence, e un'altra quando c'è un intero sciame di microsatelliti in orbita. Il guasto di uno di essi in questo caso non interromperà il funzionamento del sistema nel suo insieme. Di conseguenza, i requisiti per l'affidabilità del funzionamento di ciascun satellite possono essere ridotti. I giovani scienziati ritengono che la creazione di nuove tecnologie nel campo dell'ottica, dei sistemi di comunicazione, dei metodi di trasmissione, ricezione ed elaborazione di grandi quantità di informazioni dovrebbe essere tra i problemi chiave della microminiaturizzazione dei satelliti. Si tratta di nanotecnologie e nanomateriali, che consentono di ridurre di due ordini di grandezza la massa e le dimensioni dei dispositivi lanciati nello spazio. Ad esempio, la forza del nanonichel è 6 volte superiore a quella che consente di ridurre la massa dell'ugello del 20-30% quando lo si utilizza nei motori a razzo. Ridurre la massa della tecnologia spaziale risolve molti problemi: prolunga la permanenza della navicella spaziale nello spazio, le consente di volare più lontano e trasportare più di qualsiasi attrezzatura utile per la ricerca. Allo stesso tempo, il problema dell'approvvigionamento energetico viene risolto. I dispositivi in ​​miniatura saranno presto utilizzati per studiare molti fenomeni, ad esempio l'impatto dei raggi solari sui processi sulla Terra e nello spazio vicino alla Terra. (Allegato 11)

Conclusione

La nanotecnologia è un simbolo del futuro, l'industria più importante, senza la quale l'ulteriore sviluppo della civiltà è impensabile.

Le possibilità di utilizzare la nanotecnologia sono quasi inesauribili: dai computer microscopici che uccidono le cellule tumorali ai motori delle automobili che non inquinano l'ambiente.

La nanotecnologia oggi è agli albori, ricca di grandi potenzialità.

Grandi prospettive portano grandi pericoli. A questo proposito, una persona dovrebbe trattare le possibilità senza precedenti delle nanotecnologie con la massima cautela, indirizzando la sua ricerca a scopi pacifici. In caso contrario, potrebbe mettere in pericolo la propria esistenza. È ancora peggio se queste tecnologie cadono in mani sporche. La storia mostra come i migliori risultati scientifici possano essere usati per distruggersi a vicenda. Coloro che condividono queste preoccupazioni sono diventati noti come "nano-apocalittici". I nanoapocalittici parlano ostinatamente dell'inevitabilità delle guerre che gli stessi nanorobot-disassemblatori possono condurre, distruggendo tutto sul loro cammino e moltiplicandosi in questa distruzione. È possibile che questi nanorobot abbiano i propri interessi, che non avranno nulla a che fare con gli interessi dell'uomo. Pertanto, i compiti di creare dispositivi di protezione per la distruzione di nanorobot fuori controllo nel modo di combattere virus e batteri, che sono essenzialmente analoghi viventi dei nanorobot, sono già seriamente presi in considerazione e definiti.

In una parola, ci aspetta il nanomondo, di cui sappiamo ancora molto poco. Non sappiamo quasi nulla. Ma speriamo che sia gli scienziati che i governi di tutto il mondo trovino forza e mezzi sufficienti per indirizzare i risultati delle nanotecnologie verso buone azioni senza andare oltre i limiti della prudenza.

Riferimenti

1. La nanotecnologia nel prossimo decennio / Ed. M.K. Roco, RS Williams, P. Alivisatos. M., 2002.
2. Golovin Yu.I. Introduzione alla nanotecnologia. M., 2003.
3. Dyachkov P.N. Nanotubi di carbonio. Materiali per computer del XXI secolo //Natura. 2000. N. 11. S.23-30.
4. Risorse Internet.

http://korrespondent.ru

http://ria.ru/science/20081203/156376525.html#ixzz2orCoTJVk