As substâncias criadas a partir deles são chamadas de nanomateriais, e os métodos de sua produção e uso são chamados de nanotecnologias. A olho nu, uma pessoa consegue ver um objeto com um diâmetro de cerca de 10 mil nanômetros.
O Almanaque "Entendendo a Nanotecnologia" observa que, apesar do fato de o termo "nanotecnologia" ter se tornado muito popular nos últimos anos, mesmo as pessoas que se manifestaram em apoio ao desenvolvimento desse ramo da ciência e da tecnologia geralmente têm uma ideia muito aproximada de o que está em jogo. É significativo que no dicionário acadêmico do American English Webster Dictionary de 1966 a palavra "nanotecnologia" não apareça, apesar do fato de que as pesquisas na nanosfera já eram realizadas há muito tempo naquela época.
Pela primeira vez, os Estados Unidos alocaram fundos orçamentários significativos para o desenvolvimento da nanotecnologia sob o presidente Bill ClintonBill Clinton. Em discurso anunciando esse fato (proferido em 2000), Clinton explicou que a nanotecnologia permite criar um material dez vezes mais resistente que o aço a partir de um pedaço de matéria do tamanho de um cubo de açúcar. Esta definição é agora percebida como vulgar e totalmente primitiva, mas não há garantia de que as definições atuais de nanotecnologia no futuro próximo não ficarão desatualizadas e não parecerão um anacronismo de pesadelo. Provavelmente a melhor chance de sobrevivência é a definição dada por Rita Colwell Rita Colwell, diretora da National Science Foundation, EUA: "A nanotecnologia é uma porta de entrada para outro mundo".
Os gastos globais em projetos de nanotecnologia agora ultrapassam US$ 9 bilhões por ano. Os EUA agora respondem por cerca de um terço do investimento mundial em nanotecnologia. Outros jogadores importantes neste campo - União Europeia e Japão. A pesquisa nesta área também é conduzida ativamente nos países da ex-URSS, Austrália, Canadá, China, Coréia do Sul, Israel, Cingapura, Brasil e Taiwan. As previsões mostram que, até 2015, o número total de funcionários de vários ramos da indústria nanotecnológica pode chegar a 2 milhões de pessoas, e o custo total dos bens produzidos com nanomateriais será de pelo menos várias centenas de bilhões de dólares e possivelmente se aproximará de US$ 1 trilhão.
A nanotecnologia é geralmente dividida em três tipos. A aplicação industrial de nanopartículas em tintas e cosméticos automotivos é um exemplo de nanotecnologia "incremental". As nanotecnologias "evolutivas" são representadas por sensores em nanoescala usando as propriedades fluorescentes de pontos quânticos (2 a 10 nanômetros de diâmetro) e as propriedades elétricas de nanotubos de carbono (1 a 100 nanômetros de diâmetro), embora esses desenvolvimentos ainda estejam em sua infância. Nanotecnologias "radicais" ainda não foram encontradas, elas só podem ser vistas em thrillers de ficção científica. Também devemos esperar a convergência dessas três tecnologias.
No entanto, a transição da produção de laboratório para a produção em massa está repleta de problemas significativos, e o processamento confiável de materiais em nanoescala da maneira necessária ainda é muito difícil de implementar do ponto de vista econômico. Atualmente, os nanomateriais são utilizados na fabricação de revestimentos protetores e absorvedores de luz, equipamentos esportivos, transistores, diodos emissores de luz, células de combustível, medicamentos e equipamentos médicos, materiais para embalagens de alimentos, cosméticos e roupas. Nano-impurezas à base de óxido de cério já estão sendo adicionadas ao combustível diesel, o que permite aumentar a eficiência do motor em 4-5% e reduzir a poluição dos gases de escape. Em 2002, a Copa Davis foi a primeira a usar bolas de tênis aprimoradas com nanotecnologia.
No total, as indústrias americanas e de outros países desenvolvidos agora usam a nanotecnologia na produção de pelo menos 80 grupos de produtos de consumo e mais de 600 tipos de matérias-primas, componentes e equipamentos industriais. Nos Estados Unidos, as dotações federais apenas para programas e projetos de nanotecnologia aumentaram de US$ 464 milhões em 2001 para US$ 1 bilhão em 2005. De acordo com o Serviço de Pesquisa do Congresso dos EUA, em 2006 os EUA planejam alocar US$ 1,1 bilhão para esses fins (e governos estaduais).
Nano amanhã sem nuvens
Nos últimos anos, muitas previsões otimistas sobre as aplicações da nanotecnologia foram publicadas. As propriedades dos materiais em nanoescala diferem das grandes escalas devido ao fato de que em nanoescala a área de superfície por unidade de volume é extremamente grande. As nanotecnologias podem mudar radicalmente os métodos atualmente usados em microeletrônica, optoeletrônica e medicina. Portanto, a nanotecnologia tem um potencial verdadeiramente gigantesco.
O renomado cientista Jay Storrs Hall J. Storrs Hall, autor do popular livro científico "Nanofuture" Nanofuture: What's Next For Nanotechnology, afirma que a nanotecnologia mudará radicalmente todas as áreas da vida humana. Com base nelas, bens e produtos podem ser criados, cujo uso revolucionará setores inteiros da economia, incluindo nanossensores para identificação lixo tóxico indústrias químicas e biotecnológicas, drogas, agentes de guerra química, explosivos e patógenos, bem como filtros de nanopartículas e outros dispositivos de purificação projetados para removê-los ou neutralizá-los. Outro exemplo de nanossistemas promissores em um futuro próximo são os cabos tronco elétricos de nanotubos de carbono, que conduzirão a corrente de alta tensão melhor do que os fios de cobre e, ao mesmo tempo, pesarão cinco a seis vezes menos. Os nanomateriais reduzirão significativamente o custo dos conversores catalíticos automotivos que limpam o escapamento de impurezas nocivas, pois com a ajuda deles é possível reduzir em 15 a 20 vezes o consumo de platina e outros metais valiosos, que são utilizados nesses aparelhos. Há todas as razões para acreditar que os nanomateriais encontrarão ampla aplicação na indústria de refino de petróleo e em tais áreas mais novas bioindústrias como a genômica e a proteômica.
O físico Ted Sargent, autor de The Dance of Molecules: How Nanotechnology is Changing Our Lives, escreve que existe um projeto para criar um nanossistema para a introdução de drogas que alteram certas funções biológicas nos organismos vivos, por exemplo, para desenvolver ou fortalecer a imunidade contra patógenos específicos. Ray Kurzweil, autor de Fantatic Voyage: Live Long Enough to Live Ever, prevê que médicos nanorrobôs podem ser criados para "viver" dentro do corpo humano, reparando ou prevenindo qualquer dano que ocorra.
Teoricamente, as nanotecnologias podem fornecer a uma pessoa a imortalidade física devido ao fato de que a nanomedicina pode regenerar infinitamente células moribundas. De acordo com a Scientific American, dispositivos médicos do tamanho de um selo postal aparecerão em um futuro próximo. Será o suficiente para colocá-los na ferida. Este dispositivo realizará um exame de sangue de forma independente, determinará quais medicamentos usar e os injetará no sangue.
Espera-se que já em 2025 apareçam os primeiros robôs baseados em nanotecnologia. É teoricamente possível que eles consigam construir qualquer objeto a partir de átomos prontos. A nanotecnologia tem o potencial de revolucionar a agricultura. Robôs moleculares poderão produzir alimentos, substituindo plantas e animais agrícolas. Por exemplo, é teoricamente possível produzir leite diretamente da grama, contornando o elo intermediário - uma vaca. As nanotecnologias também podem estabilizar a situação ecológica. Novas indústrias não produzirão resíduos que envenenam o planeta. Perspectivas incríveis também estão se abrindo no campo da tecnologia da informação. Os nanorobôs são capazes de realizar o sonho da ficção científica sobre a colonização de outros planetas - esses dispositivos poderão criar neles o habitat necessário para a vida humana. Josh Wolfe, editor do Forbes/Wolfe Nanotech Report, escreve: "O mundo será simplesmente reconstruído. A nanotecnologia vai abalar tudo no planeta."
breve nanohistória
O historiador da ciência Richard BookerRichard D. Booker observa que é extremamente difícil criar uma história da nanotecnologia por duas razões - em primeiro lugar, o "borrão" do próprio conceito. Por exemplo, as nanotecnologias muitas vezes não são "tecnologias" no sentido usual da palavra. Em segundo lugar, a humanidade sempre tentou experimentar a nanotecnologia sem saber.
Charles PooleCharles P. Poole, autor do livro "Introduction to Nanotechnology", dá um exemplo ilustrativo: a chamada "Lycurgus Cup" está guardada no Museu Britânico (as paredes da taça retratam cenas da vida deste grande espartano legislador), feito por antigos artesãos romanos - contém partículas microscópicas de ouro e prata adicionadas ao vidro. Sob iluminação diferente, a taça muda de cor - de vermelho escuro para dourado claro. Tecnologias semelhantes foram usadas para criar vitrais nas catedrais europeias medievais.
O filósofo grego Demócrito pode ser considerado o pai da nanotecnologia. Por volta de 400 aC. Ele foi o primeiro a usar a palavra "átomo", que em grego significa "inquebrável", para descrever a menor partícula de matéria. Em 1661, o químico irlandês Robert Boyle Robert Boule publicou um artigo no qual criticava a afirmação de Aristóteles de que tudo na Terra consiste em quatro elementos - água, terra, fogo e ar (a base filosófica dos fundamentos da então alquimia, química e física ). Boyle argumentou que tudo consiste em "corpúsculos" - partes ultrapequenas que, em diferentes combinações, formam várias substâncias e objetos. Posteriormente, as ideias de Demócrito e Boyle foram aceitas pela comunidade científica.
Provavelmente a primeira vez em história moderna O avanço nanotecnológico foi alcançado pelo inventor americano George Eastman George Eastman (mais tarde fundou a famosa empresa Kodak), que fez filmes fotográficos (isso aconteceu em 1883).
1905 O físico suíço Albert Einstein publicou um artigo no qual provou que o tamanho de uma molécula de açúcar é de aproximadamente 1 nanômetro.
1931 Os físicos alemães Max Knoll e Ernst Ruska criaram um microscópio eletrônico, que pela primeira vez tornou possível o estudo de nanoobjetos.
1968 Alfred Cho Alfred Cho e John Arthur John Arthur, funcionários da divisão científica da empresa americana Bell, desenvolveram os fundamentos teóricos da nanotecnologia no tratamento de superfícies.
1974 O físico japonês Norio Taniguchi cunhou o termo "nanotecnologia" para se referir a mecanismos menores que um mícron de tamanho. A palavra grega "nanos" significa "anão", refere-se a bilionésimos de um todo.
1981 Os físicos alemães Gerd Binnig e Heinrich Rohrer criaram um microscópio capaz de mostrar átomos individuais.
1985 Os físicos americanos Robert CurlRobert Curl, Harold KrotoHarold Kroto e Richard SmaleyRichard Smalley criaram uma tecnologia que permite medir com precisão objetos com diâmetro de um nanômetro.
1986 A nanotecnologia tornou-se conhecida do grande público. O futurista americano Eric Drexler Eric Drexsler publicou um livro no qual previu que a nanotecnologia logo começaria a se desenvolver rapidamente.
1989 Donald EiglerDonald Eigler, um funcionário da IBM, expôs o nome de sua empresa com átomos de xenônio.
1993 Os Estados Unidos começaram a conceder o Prêmio Feynman, que leva o nome do físico Richard P. Feynman, que fez um discurso profético em 1959 no qual declarou que muitos problemas científicos só seriam resolvidos quando os cientistas aprendessem a trabalhar no nível atômico. Em 1965, Feynman recebeu o Prêmio Nobel por pesquisas no campo da eletrodinâmica quântica - agora é uma das áreas da nanociência.
1998 O físico holandês Seez Dekker criou o transistor baseado em nanotecnologia.
1999 Os físicos americanos James Tour James Tour e Mark Reid Mark Reed determinaram que uma única molécula é capaz de se comportar da mesma maneira que as cadeias moleculares.
ano 2000. A administração dos EUA apoiou a criação da Iniciativa Nacional de Nanotecnologia. A pesquisa em nanotecnologia recebeu financiamento do governo. Então $ 500 milhões foram alocados do orçamento federal.
2001 - Mark A. Ratner, autor de Nanotechnology: A Gentle Introduction to the Next Big Idea, acredita que a nanotecnologia se tornou parte da vida humana em 2001. Em seguida, ocorreram dois eventos significativos: a influente revista científica Science chamou as nanotecnologias de “inovação do ano” e a influente revista de negócios Forbes chamou de “uma nova ideia promissora”. Atualmente, em relação às nanotecnologias, utiliza-se periodicamente a expressão “nova revolução industrial”.
A ameaça fantasma
A história testemunha irrefutavelmente que dificilmente todas as invenções úteis e desenvolvimentos científicos e tecnológicos não apenas contribuem para o desenvolvimento da economia, mas também expõem a humanidade a novos e às vezes difíceis de prever perigos.
Em 2004, o Credit Suisse First Boston publicou um relatório analítico sobre o futuro da nanotecnologia. Ele argumenta que a nanotecnologia é uma clássica "tecnologia de uso geral". Outras tecnologias de uso geral - motores a vapor, eletricidade e ferrovias- tornou-se a base para as revoluções industriais. Inovações desse tipo geralmente começam como tecnologias muito rudimentares com casos de uso limitados, mas depois se espalham rapidamente para outras áreas da vida. Isso leva ao início do "processo de destruição criativa" (um processo no qual nova tecnologia ou produto fornece novos recursos e melhores soluções, resultando em uma substituição completa da tecnologia ou produto anterior. Assim, a eletricidade substituiu o vapor e o e-mail substituiu o telégrafo). Em um futuro próximo, a destruição criativa não apenas continuará, mas também se acelerará, e a nanotecnologia será seu núcleo. Conclusão: "A maioria das empresas listadas no atual Índice Industrial Dow Jones provavelmente não estará lá em vinte anos."
Eric Drexler, fundador e chefe de pesquisa do Foresight Institute e autor do livro Engines of Creation, enfatiza que hoje o comprador de um produto industrial paga por seu design, materiais, mão de obra, custos de produção, transporte, armazenamento e organização de vendas. Se as nanofábricas puderem produzir uma ampla gama de produtos a qualquer momento e em qualquer lugar, a maioria dessas operações se tornará desnecessária. Portanto, não se sabe como a nanomanufatura afetará os preços e o desemprego. A flexibilidade da fabricação de nanotecnologia e a capacidade de produzir produtos radicalmente melhores significa que os produtos convencionais não podem competir com produtos de nanofábrica em muitas áreas. Se a tecnologia da nanofábrica for de propriedade ou controlada por qualquer entidade, isso pode levar a uma "nova monopolização".
O Centro de Pesquisa de Nanotecnologia Responsável O Centro de Nanotecnologia Responsável prevê que, pelos padrões atuais, os produtos de nanotecnologia serão excepcionalmente valiosos. Um monopólio permitirá que os proprietários de tecnologia estabeleçam preços altos para todos os produtos com altos lucros. No entanto, isso significa que milhões de pessoas necessitadas não terão acesso a tecnologias vitais de baixo custo. Com o tempo, a concorrência reduzirá os preços, mas logo no início é muito provável que surja um monopólio. Além disso, os países "pobres" do mundo não têm capacidade para financiar nanopesquisas. Também é improvável que um mercado comercial não regulamentado para nanotecnologia venha a existir.
Existem outros aspectos do problema também. Terroristas e criminosos que obtiveram acesso à nanotecnologia podem causar danos significativos à sociedade. As armas químicas e biológicas serão mais perigosas e será muito mais fácil escondê-las. Será possível criar novos tipos de armas para matar à distância, que serão muito difíceis de detectar ou neutralizar. A captura de um criminoso após cometer tal crime também se tornará mais complicada. Por outro lado, o Estado adquirirá novas oportunidades. É teoricamente possível criar supercomputadores muito pequenos e de baixo custo que possam executar programas discretos para monitorar constantemente a população. Um grande número de dispositivos de vigilância pode ser fabricado a um custo bastante modesto. Com a capacidade de construir bilhões de dispositivos complexos a um custo combinado de alguns dólares, qualquer tecnologia automatizada que possa ser aplicada a uma pessoa pode ser aplicada a todos. Qualquer cenário de controle físico ou psicológico que use os limites da nanotecnologia parecerá ficção científica e implausível.
Coisas novas e mudanças no modo de vida usual podem levar ao afrouxamento dos alicerces da sociedade. Por exemplo, dispositivos médicos que tornam relativamente fácil modificar a estrutura do cérebro ou estimular certas partes dele para obter efeitos que imitam qualquer forma de atividade mental podem se tornar a base do "vício em drogas nanotecnológicas".
A nanotecnologia também tem um futuro militar brilhante. Hoje, a pesquisa militar no mundo é realizada em seis áreas principais: tecnologias para criar e combater a "invisibilidade", recursos energéticos, sistemas de autocura (por exemplo, permitindo reparar automaticamente a superfície danificada de um tanque ou aeronave ou alterar sua cor), comunicações, bem como dispositivos para detecção de poluição química e biológica. Em 1995, David E. Jeremiah, um ex-membro do Estado-Maior Conjunto, declarou: "A nanotecnologia tem o potencial de mudar radicalmente o equilíbrio de poder, mais do que as armas nucleares."
É possível imaginar um aparelho do tamanho do menor inseto (cerca de 200 mícrons) capaz de encontrar pessoas desprotegidas e injetar veneno nelas. A dose letal da toxina botulínica é de 100 nanogramas, ou cerca de 1/100 do volume de todo o aparelho. 50 bilhões dessas armas - o suficiente para matar todas as pessoas na Terra - podem ser armazenadas em uma mala. As armas de fogo se tornarão muito mais poderosas - e as balas dispararão. A tecnologia aeroespacial poderia ser muito mais leve e melhor, fabricada com pouco ou nenhum metal, tornando muito mais difícil de detectar com radar. Computadores embutidos permitirão que você ative qualquer tipo de arma à distância, e fontes de energia mais compactas melhorarão muito as capacidades dos robôs de combate.
O analista Tom McCarthy, autor de "Nanotecnologia Molecular e o Sistema Mundial", argumenta que a nanotecnologia ajudará a reduzir o poder econômico de cada estado. Durante as hostilidades, os exércitos preferirão destruir pessoas, em vez de equipamentos militares ou empresas industriais. As nanotecnologias permitirão organizar a produção industrial mesmo em regiões onde não há recursos minerais. Eles tornarão pequenos grupos bastante autossuficientes, o que pode contribuir para a desintegração dos Estados.
Avaliação de risco
Os EUA e outros países estão tentando avaliar o risco de aplicar e melhorar a nanotecnologia. No entanto, nos Estados Unidos, o financiamento para a análise de ameaças potenciais ao uso de nanomateriais ainda é muito pequeno.
Segundo especialistas do Projeto Nanotecnologias Emergentes, seu valor total é de apenas US$ 39 milhões - ou seja, apenas 4% de todas as dotações para nanotecnologia provenientes do tesouro federal. O número de projetos para os quais esses fundos são alocados também é bastante modesto - cerca de 160.
Nas audiências do Comitê Científico da Câmara, representantes de movimentos ambientais e corporações industriais declararam unanimemente que o custo de esclarecer os aspectos médicos e ambientais do uso de nanomateriais deveria ser de 10 a 20 por cento de todos os gastos do governo em nanotecnologia.
Este estado de coisas já causou muitos alertas alarmantes de especialistas. As nanopartículas penetram facilmente no corpo humano e animal através da pele, sistema respiratório e trato gastrointestinal. Agora não há dúvida de que alguns nanoobjetos podem ter um efeito tóxico nas células de vários tecidos. Em particular, os nanotubos de carbono, considerados um dos nanomateriais mais promissores do futuro próximo, têm esse impacto.
A situação é complicada pelo fato de que muitas nanoestruturas são produzidas não por um, mas por vários métodos. Essa circunstância aumenta a gama de riscos que os trabalhadores da indústria de nanotecnologia podem enfrentar ou já enfrentam. Por outro lado, dá razão para supor que externamente os mesmos nanoprodutos fabricados com base em diferentes tecnologias terão um impacto diferente nos seres humanos e no seu ambiente.
Em dezembro de 2004, o Conselho de Política Científica da Agência de Proteção Ambiental dos EUA criou um grupo de trabalho de especialistas encarregados de preparar um livro branco para discutir os perigos das aplicações da nanotecnologia. Exatamente um ano depois, uma versão preliminar deste documento foi publicada.
Os autores do rascunho do Livro Branco começam por definir o objeto de sua análise. Eles definem as nanotecnologias como "pesquisa e desenvolvimento nos níveis atômico, molecular e macromolecular em uma escala de um a cem nanômetros; a criação e uso de estruturas, dispositivos e sistemas artificiais que, devido aos seus tamanhos ultrapequenos, têm essencialmente novas propriedades e funções; a manipulação da matéria em escala atômica de distâncias". Essa definição é ampla o suficiente para incluir não apenas materiais e produtos existentes, mas também aqueles sistemas que aparecerão apenas em dez a vinte anos.
No entanto, até agora, as informações sobre as consequências da liberação descontrolada de nanopartículas no meio ambiente permanecem bastante escassas. Os autores do rascunho do Livro Branco enfatizam a necessidade de preencher essas lacunas de informação o mais rápido possível. Eles enfatizam que o estudo sério do comportamento das nanopartículas no meio ambiente só começou recentemente. Sabe-se, por exemplo, que as nanopartículas podem se acumular no ar, no solo e nas águas residuais, mas a ciência ainda carece de dados para modelar com precisão tais processos. As nanopartículas podem ser destruídas pela luz e produtos químicos, bem como pelo contato com microorganismos, mas esses processos ainda não são bem compreendidos. Os nanomateriais, via de regra, entram em transformações químicas com mais facilidade do que objetos maiores de mesma composição e, portanto, são capazes de formar compostos complexos com propriedades até então desconhecidas. Essa circunstância aumenta as perspectivas tecnológicas dos nanoobjetos e, ao mesmo tempo, torna necessário prestar atenção especial aos riscos associados a eles.
Outra área pouco explorada são as consequências dos contatos entre nanopartículas e células e tecidos vivos. Não há dúvida de que muitos nanomateriais têm um efeito tóxico. Por exemplo, a inalação de nanopartículas de poliestireno não só causa inflamação do tecido pulmonar, mas também provoca trombose dos vasos sanguíneos. Há evidências de que as nanopartículas de carbono podem causar distúrbios cardíacos e suprimir a atividade do sistema imunológico. experimentos em peixes de aquário e os cães mostraram que os fulerenos, moléculas de carbono esféricas poliatômicas com alguns nanômetros de diâmetro, podem destruir o tecido cerebral. A penetração de nanopartículas na biosfera está repleta de muitas consequências, que ainda não podem ser previstas devido à falta de informações.
Os autores do White Paper recomendam fortemente acelerar a realização de pesquisas em larga escala destinadas a elucidar os perigos e riscos associados à poluição por nanopartículas do meio ambiente. Em particular, é necessário descobrir de que forma ocorre a biodegradação das nanopartículas e como ela afeta as cadeias ecológicas na vida selvagem.
Clarence Davis chegou a conclusões semelhantes. Clarens Davies, Pesquisador, Woodrow Wilson Center, autor de Gerenciando o Efeito da Nanotecnologia. Ele observa que a nanotecnologia é uma "nova realidade" que ainda não está sujeita à regulamentação estatal. É extremamente difícil usar as leis existentes para esse fim. Urge, portanto, criar uma legislação fundamentalmente nova, novos mecanismos e instituições de regulação (inclusive internacionais) - caso contrário, o gênio pode sair da garrafa e as consequências disso podem ser as mais desagradáveis.
Há um boom de investimentos na nanoindústria no mundo. A maior parte do investimento em nanotecnologia vem dos EUA, UE, Japão e China. Quantidade publicações científicas, patentes e revistas está crescendo continuamente. Há previsões para a criação até 2015 de bens e serviços no valor de US$ 1 trilhão, incluindo a criação de até 2 milhões de empregos.
Na Rússia, o Ministério da Educação e Ciência criou um Conselho Científico e Técnico Interdepartamental sobre o Problema de Nanotecnologias e Nanomateriais, cujas atividades visam manter a paridade tecnológica no mundo futuro. Para o desenvolvimento das nanotecnologias em geral e da nanomedicina, em particular, está sendo preparada a adoção do programa federal de metas para seu desenvolvimento. Este programa incluirá a formação de vários especialistas a longo prazo.
Os sucessos da nanomedicina descritos no segundo capítulo do resumo estarão disponíveis, de acordo com várias estimativas, apenas em 40-50 anos. No entanto, uma série de descobertas, desenvolvimentos e investimentos recentes na nanoindústria levaram ao fato de que cada vez mais analistas estão reduzindo essa data em 10 a 15 anos, e talvez esse ainda não seja o limite.
Com a ajuda dos avanços da nanotecnologia em geral, e da nanomedicina em particular, será possível implantar nanodispositivos no cérebro humano, multiplicando o conhecimento humano e a velocidade de seu pensamento. Essas previsões, incluindo o potencial de alcançar a imortalidade pessoal, tornaram-se um dos principais fatores para o surgimento de uma nova tendência filosófica - o transumanismo, segundo o qual a espécie humana não é a coroa da evolução, mas um elo intermediário. Esta espécie ainda não passou por um aumento radical em suas capacidades físicas e intelectuais.
Claro que os problemas andam de mãos dadas com as conquistas - por exemplo, a biocompatibilidade dos nanomateriais e o que é pouco estudado, as possíveis consequências nocivas para a saúde humana da introdução de nanopartículas e microdispositivos no corpo. Os estudos científicos dedicados aos riscos das nanotecnologias são publicados incomparavelmente menos do que os trabalhos que afirmam sua superioridade e necessidade.
A nanomedicina e a nanotecnologia em geral são campos novos e há pouca evidência experimental de seus efeitos adversos. A falta de conhecimento sobre como as nanopartículas se encaixam nos processos bioquímicos do corpo humano é uma preocupação particular. Um artigo recente no Australian Medical Journal afirma que os regulamentos de segurança para nanodrogas podem exigir métodos de avaliação de risco únicos, dada a novidade e diversidade de produtos, a alta mobilidade e reatividade de nanopartículas projetadas e que sua implementação na prática causará uma confusão no diagnóstico e classificações de medicamentos terapêuticos e "dispositivo de tratamento". Atualmente, alguns cientistas falam de problemas ainda mais globais da nanomedicina, questionando sua existência como ciência real, entre eles - um dos maiores especialistas mundiais em nanotoxicologia - Günther Oberdoster, Professor de Toxicologia no Departamento de Medicina Ambiental da Universidade de Rochester. “De muitas maneiras, as promessas da nanomedicina são exageradas. De fato, muitas coisas parecem muito promissoras, mas até agora apenas estudos em animais foram feitos para mostrar como funciona”, diz Oberdoster.
Além dos óbvios riscos potenciais para os pacientes, existem outros riscos toxicológicos associados à nanomedicina. Também há problemas com o descarte de nanoresíduos e poluição. meio Ambiente como resultado da produção de preparações e materiais nanomédicos. “Esses riscos potenciais também devem ser avaliados com cuidado”, diz Oberdoster. “Até agora, isso não foi feito.”
Cientistas russos descobriram que no ambiente humano existe um grande número de nanopartículas biologicamente ativas que entram no corpo humano sem supervisão médica e afetam o corpo humano de longe da melhor maneira. Por exemplo, a inalação de nanopartículas de poliestireno não só causa inflamação do tecido pulmonar, mas também provoca trombose dos vasos sanguíneos. Há evidências de que as nanopartículas de carbono podem causar distúrbios cardíacos e suprimir a atividade do sistema imunológico. Experimentos em peixes de aquário e cães mostraram que os fulerenos, moléculas de carbono esféricas poliatômicas com alguns nanômetros de diâmetro, podem destruir o tecido cerebral. A penetração de nanopartículas na biosfera está repleta de muitas consequências, que ainda não podem ser previstas devido à falta de informações.
Muitos acreditam que o desenvolvimento da nanomedicina levará a uma série de problemas sociais. Eric Drexler, um clássico no campo dos desenvolvimentos e previsões nanotecnológicas, observou que a criação de tecnologia para a produção de replicadores pode, por exemplo, contribuir para formas despóticas de governo (organização de vigilância da população, controle do corpo humano e mente).
A desigualdade social pode aumentar, especialmente nos estágios iniciais da introdução das conquistas da nanotecnologia na medicina, quando o custo de novos medicamentos e métodos ainda será bastante alto. Isso exacerbará alguns dos problemas morais que já existem na medicina moderna.
Um aumento significativo na expectativa de vida exigirá uma revisão da legislação previdenciária e agravará o problema da superpopulação da Terra.
O principal problema para o nosso país é a transição da pesquisa científica em laboratório para a produção industrial econômica. Enquanto na prática mundial os investimentos em nanotecnologia são os mais lucrativos, na Rússia até agora poucas empresas privadas e indivíduos ousam investir em nanotecnologia.
Outro problema que Drexler chamou de problema de "gray goo" é amplamente discutido. Estamos falando de uma possível perda de controle sobre as nanopartículas, que começarão a se multiplicar descontroladamente. No entanto, os cientistas acreditam que a solução para esse problema não é tão difícil, especialmente se comparada ao problema principal de criar essas partículas.
A nanotecnologia mudará fundamentalmente a vida da humanidade, criando novas perspectivas para cada pessoa não apenas no campo das comodidades domésticas, mas também no campo da saúde. O impacto positivo das nanotecnologias em todas as esferas da vida humana supera, sem dúvida, os perigos que acompanham suas aplicações específicas e que requerem precauções específicas.
A nanotecnologia não é apenas conquistas científicas e técnicas. O surgimento dessa ciência marca uma mudança fundamental no conhecimento do mundo e na interação de várias disciplinas científicas e várias indústrias. A nanotecnologia é uma direção interdisciplinar no desenvolvimento da ciência e da tecnologia. Combina física, química, biologia, ciência da computação e, sem dúvida, muitas outras grandes descobertas serão feitas no campo da nanotecnologia que podem mudar o mundo existente.
Conclusão
Pode-se concluir que a nanotecnologia está gradualmente assumindo um lugar cada vez mais importante em nossas vidas. A introdução de nanotecnologias em nossas vidas pode facilitar muito isso, e o desenvolvimento da nanotecnologia no campo da medicina ajudará a combater as doenças mais terríveis da humanidade, por exemplo, doenças oncológicas. Em um futuro distante, o desenvolvimento da nanomedicina pode até levar à conquista da imortalidade. Os campos de aplicação das nanotecnologias são numerosos. E a gama de aplicação dessas tecnologias está aumentando dia a dia e promete muito mais coisas interessantes.
Ao mesmo tempo, muitos aguardam a próxima “revolução industrial” das nanotecnologias, que antes eram feitas por micro ou tecnologias de computador. Sim, eles podem resolver alguns de nossos problemas mais prementes, mas ainda há muito por esclarecer sobre a nanotecnologia. Ainda não está totalmente claro o quão inofensivos os nanomateriais são para os seres humanos e quais efeitos colaterais eles podem ter - em outras palavras, quais restrições existem para seu uso. Ainda leva muito tempo para melhorar as tecnologias existentes a ponto de podermos falar em revolução técnica.
Podemos dizer com confiança que a nanotecnologia é a ciência do futuro.
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23. C. D. Howe. Nanotecnologia: revolução lenta. Forrester Research Corporation, agosto de 2002, Cambridge, Maryland, EUA, 21 p.
24. S.B. Nesterov. Nanotecnologia. Estado atual e perspectivas. "Novas Tecnologias de Informação". Resumos do XII International Student School-Seminar-M.: MGIEM, 2004, 421 pp., pp. 21-22.
25. IV. Artyukhov, V.N. Kemenov, S. B. Nesterov. Tecnologias biomédicas. Visão geral do estado e direção do trabalho. Materiais da 9ª Conferência Científica e Técnica "Ciência e Tecnologia do Vácuo" - M.: MIEM, 2002, p. 244-247
26. IV. Artyukhov, V.N. Kemenov, S. B. Nesterov. Nanotecnologias, biologia e medicina. Materiais da 9ª Conferência Científica e Técnica "Ciência e Tecnologia do Vácuo" - M.: MIEM, 2002, p. 248-253
27. http://refdb.ru/look/1075853.html
28. http://www.gradusnik.ru/rus/doctor/nano/w57k-nanomed1/
29. http://dok.opredelim.com/docs/index-13571.html
30. http://www.uran.donetsk.ua/~masters/2012/fknt/osipova/library/article5.htm
O resumo aborda o assunto tecnologias inovadoras ou seja, nanotecnologia. ÍNDICE.
Introdução……………………………………………>…………………
Resumo…………………………………………>…………………
1. A história do surgimento da nanotecnologia……………………..
2. Disposições fundamentais…………………………………..
2.1 Microscopia de força atômica……………………………….
2.2 Nanopartículas………………………………………>…………….
2.3 Auto-organização de nanopartículas………………………………
3. Nanotecnologias e sociedade……………………………………..
3.1 Impacto das nanotecnologias nas principais esferas sociais…..
3.2 Nanotecnologia e ética………………………………………..
3.3 Nanotecnologias e estilo de vida humano………………….
Conclusão………………………………………>…………………..
Referências………………………………………>…………..
ANOTAÇÃO
O resumo aborda a questão das tecnologias inovadoras, nomeadamente a nanotecnologia. A história do desenvolvimento da nanotecnologia, as disposições fundamentais da nanotecnologia como ciência, bem como sua influência na vida da sociedade, em várias esferas sociais, são descritas. A inter-relação das nanotecnologias com conceitos de filosofia como ética e moralidade é indicada. São propostas perspectivas para o desenvolvimento de nanotecnologias.
INTRODUÇÃO
O século 21 chegou e todos estão naturalmente preocupados com o futuro, com o desenvolvimento da ciência e da tecnologia no próximo século. A humanidade será capaz de derrotar doenças terríveis (câncer, AIDS e algumas outras), as viagens à lua se tornarão simples viagens turísticas, como será? estações espaciais? Será que projetos fantásticos se tornarão realidade em tecnologia da Informação, ou seja Será que minúsculos computadores entrarão em nossas vidas com velocidade estonteante e enorme capacidade de memória, capazes de registrar, processar e transmitir digitalmente qualquer tipo de informação instantaneamente? Serão criados microchips “pessoais”, nos quais serão gravados não só todos os dados do proprietário (cartão de identificação completo), mas também todo o seu código genético? Esses computadores pessoais em miniatura se tornarão tão inteligentes que, se necessário (por exemplo, em caso de acidente), poderão entrar em contato com o hospital mais próximo e fazer uma “consulta” com um médico? É possível esperar que a indústria comece a produzir carros ecologicamente corretos, cujos gases de escape não contenham substâncias nocivas? Será que o sonho da humanidade de viver "em harmonia" com a natureza finalmente se tornará realidade? /dez/.
O desenvolvimento da nanociência e da nanotecnologia poderá responder a todas essas questões e mudar significativamente todas as condições da existência humana.
1. HISTÓRIA DE ORIGEM
NANOTECNOLOGIAS
“... gostaria de discutir uma área pouco estudada da física, que parece ser muito importante e promissora e pode encontrar muitas aplicações técnicas valiosas. Estamos falando do problema de controle e gerenciamento da estrutura da matéria na faixa de tamanhos muito pequenos. Abaixo (ou seja, abaixo ou dentro do espaço, se preferir) está um mundo surpreendentemente complexo de pequenas formas, e algum dia (por exemplo, no ano 2000) as pessoas ficarão surpresas ao saber que antes de 1960 ninguém levava a sério o estudo desta paz” / 9/. Com estas palavras, na véspera de 1960, no jantar de Natal da American Physical Society, o famoso físico teórico americano, um dos fundadores da eletrodinâmica quântica, Richard Phillips Feynman iniciou sua palestra. Foi em seu discurso que os métodos que mais tarde seriam chamados de nanotecnologia foram mencionados pela primeira vez.
O termo "nanotecnologia" foi proposto em 1974 pelo japonês Noryo Taniguchi para descrever o processo de construção de novos objetos e materiais por meio da manipulação de átomos individuais. Um nanômetro é um bilionésimo de um metro. O tamanho de um átomo é de alguns décimos de nanômetro. Todas as revoluções científicas e tecnológicas anteriores se resumiam ao fato de que o homem copiava cada vez mais habilmente os mecanismos e materiais criados pela Natureza. Um avanço no campo da nanotecnologia é uma questão completamente diferente. Pela primeira vez, o homem criará uma nova matéria, desconhecida e inacessível à Natureza. Na verdade, a ciência chegou a modelar os princípios de construção da matéria viva, que se baseia na auto-organização e na auto-regulação.
A nanotecnologia é bastante difícil de definir com precisão, pois surgiu gradualmente, ao longo de décadas, como resultado do desenvolvimento e da fusão de várias direções científicas da física e da química do século XX. Apesar dos problemas com a definição, a nanotecnologia já existe de fato e, nessa área, cientistas de muitos países agora competem obstinadamente entre si, obtendo constantemente novos resultados importantes e interessantes. Podemos dizer que a nanotecnologia surgiu como resultado do "desenvolvimento" e aplicação prática de muitas conquistas científicas fundamentais obtidas ao longo do tempo e só agora se tornando a base de novas tecnologias /10/.
Cerca de quarenta anos após a famosa palestra de Richard F. Feynman, Eric C. Drexler, em seu livro Engines of Creation (1986), propôs a criação de dispositivos que chamou de "máquinas moleculares" e revelou as incríveis possibilidades associadas ao desenvolvimento da nanotecnologia. Os dispositivos imaginários de Drexler eram muito menores em tamanho do que as conhecidas células biológicas.
Em 1981, os funcionários da IBM G. Bining e G. Rohrer criaram um microscópio de tunelamento de varredura (STM), que permite obter uma imagem com resolução no nível do tamanho de átomos individuais, o que foi uma conquista científica extremamente importante, pois pesquisadores de a primeira vez teve a oportunidade de observar e estudar diretamente o mundo em um nanômetro, escala atômica /8/.
Empresas e organizações científicas japonesas, por sua vez, começaram a desenvolver vigorosamente técnicas no campo da microscopia, como resultado, por pouco tempo novos tipos de microscópios de tunelamento de varredura foram criados, bem como microscópios eletrônicos com uma resolução muito alta (lembre-se que a resolução de um instrumento óptico em física é o tamanho do menor detalhe que pode ser distinguido na imagem resultante), o que o torna possível estudar o movimento de átomos e moléculas individuais. Isso levou ao vigoroso desenvolvimento da tecnologia experimental na faixa nanométrica e expandiu muito nossa compreensão do micromundo e dos nanoobjetos. Em 1991, o Japão começou a implementar um programa estadual para o desenvolvimento de técnicas de manipulação de átomos e moléculas (o Projeto de Tecnologia Atômica), que atraiu a atenção de pesquisadores de vários países.
Em 1990, um grande projeto internacional foi lançado para determinar a sequência de empilhamento de cerca de 3 bilhões de resíduos de nucleotídeos no registro da informação genética (o Projeto Genoma Humano), que se tornou um grande avanço na biologia e na medicina. Este projeto é, ao mesmo tempo, de extrema importância para o desenvolvimento da nanotecnologia, pois abre enormes novas oportunidades na área de tecnologia da informação, possibilitando a compreensão e posterior utilização dos princípios de processamento da informação na vida selvagem (bioinformática). Pode-se até dizer que até 1990 a tecnologia da informação (TI) era apenas parte integral ou um "ramo" da eletrônica, e a partir de 1990, um ramo separado e independente cresceu a partir dele (como de um galho de uma árvore real), que pode ser chamado de tecnologia bioinformática. Em conexão com a implementação do Projeto Genoma Humano, houve também um desenvolvimento rápido e vigoroso de vários métodos de pesquisa no campo da própria biotecnologia.
O Projeto Genoma Humano foi concluído em 2000 e permitiu aos cientistas ler a informação genética associada ao corpo humano, o que já levou à criação de novos medicamentos com novos princípios e novas bases (genômica). O passo natural seguinte foi o desenvolvimento de novos ramos da indústria farmacêutica e a criação de novos processos e capacidades produtivas, bem como o alargamento do âmbito de todos os negócios e atividades empresariais desta vasta indústria.
Pode-se esperar que os medicamentos no século 21 sejam produzidos literalmente de forma individual (ou seja, para cada paciente específico, com base em suas informações genéticas, serão desenvolvidos medicamentos que forneçam o máximo efeito terapêutico para esta doença, etc.). Tal sistema de tratamento focado em uma determinada pessoa já foi chamado de terapia "individual" ou "terapia sob medida" e certamente abre grandes perspectivas para os médicos praticantes. Mais pesquisas permitirão passar do genoma humano para o estudo da estrutura molecular das proteínas, as características de seu funcionamento em organismos vivos, os mecanismos de sua interação, etc., o que novamente inesperadamente nos leva a muitas tarefas e problemas associados à tecnologia da informação. Compreender e usar os mecanismos de interação no nível molecular são importantes não apenas para a biologia, mas também formam a base da nanociência em geral.
É por isso pesquisa fundamental No século XXI, no campo das nanotecnologias, é necessário visar justamente o estudo dos mecanismos dos processos em nível molecular. Nos problemas aplicados, aparentemente, a atenção principal será dada aos problemas da biotecnologia, bem como ao desenvolvimento e progresso da tecnologia de semicondutores e aplicações de informação (criação de novos tipos de circuitos integrados, dispositivos de memória, etc.).
No campo da medicina, já podemos pensar seriamente na realização das fantasias mais impensáveis (a luta contra a velhice, o tratamento de todas as doenças, a vitória completa sobre o câncer). Talvez no século 21 possamos até lidar com o problema da imortalidade humana. A nanotecnologia deve se tornar a base para a implementação prática de muitas aspirações eternas do homem. Em 2000, a nanotecnologia dá seus primeiros passos e começa a se desenvolver rapidamente, mas em meados do século já podemos esperar um avanço significativo em muitas áreas, incluindo tecnologia da informação, biologia, criação sociedade da informação”, remédios, etc. /11/
2. DISPOSIÇÕES FUNDAMENTAIS
Para o conceito de nanotecnologia, talvez, não haja uma definição exaustiva, mas por analogia com as microtecnologias existentes, conclui-se que as nanotecnologias são tecnologias que operam com valores da ordem de um nanômetro. Portanto, a transição de "micro" para "nano" é uma transição qualitativa da manipulação da matéria para a manipulação de átomos individuais.
2.1 Microscopia de força atômica
Um dos métodos usados para estudar nanoobjetos é a microscopia de força atômica. Usando um microscópio de força atômica (AFM), pode-se não apenas ver átomos individuais, mas também influenciá-los seletivamente, em particular, mover átomos sobre a superfície. Cientistas já conseguiram criar nanoestruturas bidimensionais na superfície usando este método. Por exemplo, no centro de pesquisa da IBM, ao mover sequencialmente átomos de xenônio na superfície de um único cristal de níquel, os funcionários conseguiram desenhar três letras do logotipo da empresa usando 35 átomos de xenônio /5/.
Em 1960, Richard Feynman sugeriu que era possível mover mecanicamente átomos individuais, usando um manipulador de tamanho apropriado, pelo menos tal processo não contradizia as leis físicas conhecidas hoje.
Ele sugeriu fazer esse manipulador da seguinte maneira. É necessário construir um mecanismo que possa criar sua própria cópia, apenas uma ordem de grandeza menor. O mecanismo menor criado deve criar novamente sua cópia, novamente uma ordem de magnitude menor e assim por diante até que as dimensões do mecanismo sejam proporcionais às dimensões da ordem de um átomo. Ao mesmo tempo, será necessário fazer alterações na estrutura desse mecanismo, pois as forças da gravidade atuando no macrocosmo terão cada vez menos influência, e as forças das interações intermoleculares e as forças de van der Waals afetarão cada vez mais o funcionamento do mecanismo. O último estágio - o mecanismo resultante montará sua cópia a partir de átomos individuais. Em princípio, o número dessas cópias é ilimitado, será possível criar qualquer número dessas máquinas em pouco tempo. Essas máquinas poderão montar macrocoisas da mesma forma, por montagem átomo por átomo. Isso tornará as coisas muito mais baratas - esses robôs (nanorobôs) precisarão receber apenas o número necessário de moléculas e energia e escrever um programa para montar os itens necessários. Até agora, ninguém conseguiu refutar essa possibilidade, mas ninguém ainda conseguiu criar tais mecanismos. A desvantagem fundamental de tal robô é a impossibilidade fundamental de criar um mecanismo a partir de um único átomo.
A natureza das ligações químicas impõe uma série de restrições à mobilidade dos átomos em uma estrutura cristalina ou molécula, e muitas vezes é necessário saber quanta força deve ser aplicada a um átomo para não separar acidentalmente os demais associados a ele. E mais tarde, os cientistas da IBM obtiveram o valor da energia mínima necessária para separar um átomo de uma determinada superfície /1/.
2.2 Nanopartículas
A tendência moderna de miniaturização mostrou que uma substância pode ter propriedades completamente novas se tomarmos uma partícula muito pequena dessa substância. Partículas que variam em tamanho de 1 a 1000 (mais de 100 nanômetros nanopartículas podem ser chamadas convencionalmente) nanômetros são geralmente chamados de "nanopartículas". Por exemplo, verificou-se que as nanopartículas de alguns materiais têm propriedades catalíticas e de adsorção muito boas. Outros materiais apresentam propriedades ópticas surpreendentes, como filmes ultrafinos de materiais orgânicos usados para fabricar células solares. Essas baterias, embora tenham uma eficiência quântica relativamente baixa, são mais baratas e podem ser mecanicamente flexíveis. É possível conseguir a interação de nanopartículas artificiais com objetos nanométricos naturais - proteínas, ácidos nucléicos. Nanopartículas cuidadosamente purificadas podem se auto-alinhar em estruturas específicas. Tal estrutura contém nanopartículas estritamente ordenadas e também frequentemente exibe propriedades incomuns.
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Por volta de 400 aC. O filósofo grego Demócrito foi o primeiro a usar a palavra "átomo", que em grego significa "não dividido", para descrever a menor partícula da matéria, lançando assim as bases para o desenvolvimento da nanotecnologia.
Um exemplo do primeiro uso da nanotecnologia é a invenção do filme fotográfico em 1883 por George Eastman, que mais tarde fundou a famosa empresa Kodak.
O aniversário da nanotecnologia é considerado 29 de dezembro de 1959 O professor da Caltech, Richard Feyman, fez uma palestra na reunião anual da American Physical Society no California Institute of Technology. Nessa palestra, ele enfatizou que não se tratava apenas de miniaturização, mas também de possibilidades como colocar toda a Encyclopædia Britannica na ponta de um alfinete.
De acordo com Richard, isso pode ser obtido reduzindo o tamanho normal em um fator de 25.000 sem perder a resolução. Ele assumiu que, usando essas tecnologias, é possível encaixar toda a coleção mundial de livros em um folheto. "Isso é possível", disse Feyman, "em virtude do fato de que os objetos retêm a propriedade de dimensão, apesar do fato de estarmos falando sobre o nível atômico."
Ele ofereceu uma recompensa de $ 1.000 para a primeira pessoa que reduzisse uma página a 1/25.000 de seu tamanho original para que pudesse ser lida com um microscópio eletrônico. Em 1985, o graduado de Stanford, Tom Newman, usando um feixe de elétrons, queimou a primeira página de A History of Two Cities, de Charles Dickens, na ponta de um alfinete. Tendo enviado os resultados de seu trabalho a Feyman, ele recebeu um cheque dele em duas semanas.
Muitos cientistas ainda se surpreendem com a precisão das suposições de Richard Feyman.
1966 O físico americano Russell Young, que trabalhava no National Bureau of Standards, inventou o piezo motor usado hoje em microscópios de tunelamento e para posicionar nanoferramentas com uma precisão de 0,01 angstroms (1 nm = 10 Ao).
1968 O vice-presidente executivo da Bell, Alfred Cho, e o diretor de pesquisa de semicondutores da Bell, John Arthur, justificaram a possibilidade teórica de usar a nanotecnologia na solução de problemas de tratamento de superfície e alcançar precisão atômica na criação de dispositivos eletrônicos.
1971 Russell Young apresentou a ideia do instrumento Topografiner, que serviu como protótipo do microscópio de sonda.
1974 O físico japonês Norio Taniguchi, que trabalhava na Universidade de Tóquio, propôs o termo inglês "nanotecnologia" - "nanotecnologia" (o processo de separação, montagem e alteração de materiais afetando-os com um átomo ou uma molécula), que rapidamente ganhou popularidade nos círculos científicos.
1982 No IBM Zurich Research Center, os físicos Gerd Binnig e Heinrich Rohrer ( Prémios Nobel 1986) criou um microscópio de tunelamento de varredura (STM), que permite construir uma imagem tridimensional do arranjo de átomos nas superfícies de materiais condutores.
1985 Três químicos americanos: Richard Smalley, professor da Rice University, bem como Robert Carl e Harold Kroto (prêmios do Nobel em 1996) descobriram os fulerenos - moléculas compostas por 60 átomos de carbono dispostos na forma de uma esfera. Esses cientistas também foram capazes de medir um objeto de 1 nm pela primeira vez.
1986 Gerd Binnig desenvolveu um microscópio de sonda de força atômica de varredura, que finalmente tornou possível visualizar os átomos de qualquer material (não apenas condutivo), bem como manipulá-los.
1986 O cientista americano Eric Drexler, que trabalhava no laboratório de inteligência artificial do Massachusetts Institute of Technology, escreveu o livro "Engines of Creation", no qual apresentou o conceito de robôs moleculares universais que funcionam de acordo com um determinado programa e coletam qualquer coisa ( incluindo-se semelhantes) a partir de moléculas improvisadas.
O cientista previu com bastante precisão muitos avanços futuros na nanotecnologia e, desde 1989, suas previsões se tornaram realidade, muitas vezes antes do previsto.
1987-1988 No Instituto de Pesquisa "Delta", sob a liderança de P. N. Luskinovich, foi lançada a primeira instalação nanotecnológica russa, que realizava a saída direcionada de partículas da ponta da sonda do microscópio sob a influência do aquecimento.
1989 Os cientistas Donald Eigler e Erhard Schwetzer, do California IBM Science Center, conseguiram dispor 35 átomos de xenônio em um cristal de níquel com o nome de sua empresa.
Para a primeira transferência direcionada de átomos individuais para um novo local, eles usaram o STM da IBM. É verdade que tal inscrição não durou muito - os átomos fugiram rapidamente da superfície.
1991 O professor japonês Sumio Lijima, que trabalhou no NEC, usou fulerenos para criar tubos de carbono (ou nanotubos) com diâmetro de 0,8 nm. Com base neles, em nosso tempo, são produzidos materiais cem vezes mais resistentes que o aço.
Restava aprender a fazer esses tubos o maior tempo possível - suas dimensões estavam diretamente relacionadas à resistência das substâncias fabricadas. Além disso, tornou-se possível montar vários nanomecanismos com ganchos e engrenagens de nanotubos.
1991 Nos Estados Unidos, o primeiro programa de nanotecnologia do National fundo científico. O governo do Japão também assumiu atividades semelhantes. Mas na Europa, o apoio sério a essa pesquisa em nível estadual começou apenas em 1997.
1997 Eric Drexler anunciou que até 2020 será possível montar industrialmente nanodispositivos a partir de átomos individuais. Até agora, quase todas as suas previsões se tornaram realidade antes do previsto.
1998 Cees Dekker, professor holandês de uma universidade técnica, criou um transistor baseado em nanotubos, usando-os como moléculas. Para isso, ele teve que ser o primeiro no mundo a medir a condutividade elétrica de tal molécula.
Surgiram tecnologias para criar nanotubos com comprimento de 300 nm.
O Japão lançou o programa "Astroboy" para desenvolver nanoeletrônica capaz de operar em condições de frio cósmico e calor de milhares de graus.
1999 Cientistas americanos - o professor de física Mark Reid (Universidade de Yale) e o professor de química James Tour (Universidade de Rice) - desenvolveram princípios unificados para a manipulação de uma única molécula e sua cadeia.
2000 O físico alemão Franz Gissible viu partículas subatômicas no silício.
Seu colega Robert Magerle propôs a tecnologia da nanotomografia - criando uma imagem tridimensional estrutura interna substâncias com uma resolução de 100 nm.
O governo dos EUA lançou a Iniciativa Nacional de Nanotecnologia (NNI). O orçamento dos EUA destinou 270 milhões de dólares para essa direção, as empresas comerciais investiram 10 vezes mais nisso.
2001 O financiamento real para NNI excedeu o planejado (US$ 422 milhões) em US$ 42 milhões.
2002 Cees Dekker combinou um tubo de carbono com DNA, resultando em um único nanomecanismo. O financiamento da NNI foi de $ 697 milhões ($ 97 milhões a mais do que o planejado).
2003 O professor Feng Liu, da Universidade de Utah, usando as conquistas de Franz Gissible, usando um microscópio atômico, construiu imagens das órbitas dos elétrons analisando suas perturbações à medida que se movem ao redor do núcleo.
Muitas fontes, principalmente em inglês, associam a primeira menção aos métodos que mais tarde seriam chamados de nanotecnologia ao famoso discurso de Richard Feynman "There's Plenty of Room at the Bottom", feito por ele em 1959 no California Institute of Technology na reunião anual da Sociedade Americana de Física. Richard Feynman sugeriu que seria possível mover mecanicamente átomos individuais, usando um manipulador de tamanho apropriado, pelo menos tal processo não contrariaria as leis físicas conhecidas hoje.
Ele sugeriu fazer esse manipulador da seguinte maneira. É necessário construir um mecanismo que crie sua própria cópia, apenas uma ordem de grandeza menor. O mecanismo menor criado deve criar novamente sua cópia, novamente uma ordem de magnitude menor e assim por diante até que as dimensões do mecanismo sejam proporcionais às dimensões da ordem de um átomo. Ao mesmo tempo, será necessário fazer alterações na estrutura desse mecanismo, pois as forças da gravidade atuando no macrocosmo terão cada vez menos influência, e as forças das interações intermoleculares e as forças de van der Waals afetarão cada vez mais o funcionamento do mecanismo. O último estágio - o mecanismo resultante montará sua cópia a partir de átomos individuais. Em princípio, o número dessas cópias é ilimitado, será possível criar qualquer número dessas máquinas em pouco tempo. Essas máquinas poderão montar macrocoisas da mesma forma, por montagem átomo por átomo. Isso tornará as coisas muito mais baratas - esses robôs (nanorobôs) precisarão receber apenas o número necessário de moléculas e energia e escrever um programa para montar os itens necessários.
Até agora, ninguém conseguiu refutar essa possibilidade, mas ninguém ainda conseguiu criar tais mecanismos. A desvantagem fundamental de tal robô é a impossibilidade fundamental de criar um mecanismo a partir de um único átomo.
O termo "nanotecnologia" foi usado pela primeira vez por Norio Taniguchi em 1974. Ele chamou esse termo de produção de produtos com tamanho de vários nanômetros. Na década de 1980, o termo foi usado por Eric K. Drexler em seus livros Engines of Creation: The Coming Era of Nanotechnology and Nanosystems: Molecular Machinery, Manufacturing, and Computation. Localização central em sua pesquisa, foram realizados cálculos matemáticos, com os quais foi possível analisar o funcionamento de um aparelho com dimensões de vários nanômetros.
Na segunda metade do século XX, vários programas científicos de longo prazo foram lançados. A sua implementação continua na atualidade, estando prevista a conclusão das obras para meados do século XXI. Um desses programas é o programa espacial, que envolve a exploração tanto do espaço mais próximo quanto dos cantos remotos do universo. Como resultado da implementação desse programa, pelo esforço conjunto de equipes científicas de todo o mundo, foram criadas estações espaciais internacionais, que utilizam equipamentos de última geração fabricados em diversos laboratórios. Esses programas também incluem o ambicioso programa internacional "Genoma Humano", cujo objetivo é decifrar o código do gene humano. Paralelamente, estão sendo desenvolvidos os programas Genomas Animais. Programas ambientais internacionais implementados com sucesso, programas internacionais monitoramento de objetos ambientais. Um exemplo da fusão de ciência e tecnologia é o mais interessante e promissor programa científico "Desenvolvimento de Nanotecnologias".
Costuma-se referir processos e objetos com comprimento de 1 a 100 nm para nanotecnologias. 1 nm é um milionésimo de milímetro. Se compararmos 1 nm com a espessura de um fio de cabelo, descobrimos que 1 nm é cerca de 100 vezes menor que a espessura do cabelo. O limite superior do nanodomínio corresponde aos elementos mínimos em grandes circuitos integrados, amplamente utilizados em semicondutores e tecnologia de computadores. Quanto ao limite inferior, as moléculas individuais têm um tamanho de 1 nm ou mais; é interessante que o raio da dupla hélice da molécula de DNA seja de 1 nm, e muitos vírus tenham aproximadamente 10 nm de tamanho. As nanotecnologias lidam com quantidades insignificantes, centenas de vezes menores que o comprimento de onda da luz visível e comparáveis ao tamanho dos átomos. Portanto, a transição do “micro” para o “nano” não é mais uma transição quantitativa, mas qualitativa, um salto da manipulação da matéria para a manipulação de átomos individuais. A física quântica do século 20, ao estudar objetos do micromundo, operava principalmente com seus modelos matemáticos. Agora os cientistas podem operar diretamente com os objetos do micromundo: criar artificialmente microobjetos, movê-los no espaço, fixá-los na superfície, ou seja, agir como se estivéssemos lidando com microobjetos que nos são familiares.
Nos centros científicos do mundo, o desenvolvimento das nanotecnologias como tecnologias para a fabricação de estruturas supermicroscópicas a partir das menores partículas da matéria ocorre principalmente em três direções:
1. produção de circuitos eletrônicos com elementos ativos, aproximadamente do tamanho de uma molécula média;
2. desenvolvimento e produção de nanomáquinas, ou seja, mecanismos e robôs do mesmo tamanho;
3. manipulação direta de átomos e moléculas e a montagem de todas as coisas a partir deles.
É por isso que eles são muito promissores para a obtenção de novos materiais estruturais, dispositivos semicondutores, dispositivos para registro de informações e preparações farmacêuticas valiosas. A nanotecnologia pode levar o mundo a uma nova revolução tecnológica e mudar o ambiente humano.
As nanotecnologias são de natureza interdisciplinar - elas combinam todos os processos técnicos diretamente relacionados a átomos e moléculas, realizados e estudados em várias ciências naturais.
O início da nanociência foi estabelecido em 1959 por Richard F. Feynman quando ele leu uma palestra em que considerou a possibilidade de criar substâncias de uma maneira completamente nova, a saber, “empilhamento atômico”, em que uma pessoa manipula os átomos necessários um a um , organizando-os na ordem que ele exige.
Em 1986, Eric K. Drexler propôs a criação de dispositivos que chamou de "máquinas moleculares" e revelou as incríveis possibilidades associadas ao desenvolvimento da nanotecnologia.
Desde 1980, filmes criados artificialmente com espessura de cerca de 10 nm têm sido cada vez mais utilizados na tecnologia de fabricação de transistores e lasers, o que possibilitou a fabricação de dispositivos com características técnicas novas e aprimoradas. Em 1980, o primeiro FET com alta mobilidade foi fabricado no Japão. Em 1981, os funcionários da IBM criaram um microscópio de tunelamento de varredura que permite obter imagens com resolução no nível do tamanho de átomos individuais. Trabalhando com um microscópio de varredura, os experimentadores atingiram o próximo estágio de desenvolvimento, ou seja, começaram a realizar operações tecnológicas diretas no nível atômico.
Em 1990, um grande projeto internacional foi lançado para determinar a sequência de empilhamento de cerca de 3 bilhões de resíduos de nucleotídeos no registro da informação genética - o Projeto Genoma Humano, que se tornou um grande avanço na biologia e na medicina. Este projeto também é de extrema importância para o desenvolvimento das nanotecnologias, pois abre novas possibilidades nas tecnologias da informação, permitindo compreender e então utilizar os princípios do processamento da informação na natureza. Em 1991, o primeiro programa estadual para o desenvolvimento de técnicas de manipulação de átomos e moléculas (o Projeto de Tecnologia Atômica) começou a ser implementado no Japão. Isso marcou uma nova etapa no desenvolvimento da nanociência e das nanotecnologias: o estado passou a apoiar a direção, reconhecendo sua prioridade não só para a ciência nacional, mas também para o estado como um todo.
Hoje em dia as nanotecnologias estão se tornando cada vez mais parte de nossas vidas. Um exemplo da vida real são os DVDs, que seriam impossíveis de produzir sem o controle nanotecnológico das matrizes. Os chamados filtros de membrana de nanofiltração são muito populares em dispositivos industriais para purificação de água potável e obtenção de água ultrapura, que permitem capturar partículas de tamanho molecular. Os pontos quânticos tornaram-se uma realidade na tecnologia de obtenção de semicondutores, que são 1000 vezes mais eficientes que os conhecidos. Esta lista continua:
· "nanofibras", constituídas por 60-70 moléculas, como um novo estado da superfície da matéria e a criação de materiais ultraleves;
· Nanoespelho para lasers com ultra alta refletividade;
· Agulha atômica - uma agulha ultrafina que estuda a topografia da superfície em nível molecular;
· Nanorobôs-manipuladores que criam diferentes tipos de superfícies por meio da transferência de moléculas individuais;
· Nanogeradores de carga elétrica dentro do corpo humano para alimentar os implantes;
· Nano-Internet de velocidade ultra-alta com potencial para aumentar a velocidade centenas de vezes;
· Diagnóstico da qualidade alimentar através de nanossensores (pontos quânticos) para identificação de contaminantes alimentares químicos ou biológicos perigosos;
· Nanogrânulos, que dentro do corpo humano entregam a molécula do fármaco não apenas ao órgão alvo, mas diretamente ao receptor, que, na verdade, também é uma molécula e é responsável pela execução do efeito fisiológico;
· Nanocode, ou seja, moléculas de anticorpos imobilizadas na superfície de nanofios para identificação de antígenos por resposta imune;
· Nanopartículas de creme cosmético passando pelas membranas das células da pele para uma verdadeira nutrição celular da derme.
Alguns dos itens acima já estão se tornando realidade, algo está sendo finalizado. É importante que agora tudo isso funcione e traga grandes benefícios. O potencial das nanotecnologias realmente não tem limites, por isso a participação do governo em projetos de nanotecnologias é necessária. Até o momento, o apoio do estado tem nanotecnologias nos EUA, Japão, Rússia. Existe o Comitê Conjunto de Nanotecnologia da UE.
Datas importantes na história do desenvolvimento da nanotecnologia
1905 O físico suíço Albert Einstein publicou um artigo no qual provou que o tamanho de uma molécula de açúcar é de aproximadamente 1 nanômetro.
1931 Os físicos alemães Max Knoll e Ernst Ruska criaram um microscópio eletrônico, que pela primeira vez tornou possível o estudo de nanoobjetos.
1959 O físico americano Richard Feynman foi o primeiro a publicar um artigo avaliando as perspectivas da miniaturização.
1968 Alfred Cho e John Arthur, funcionários da divisão científica da empresa americana Bell, desenvolveram os fundamentos teóricos da nanotecnologia no tratamento de superfícies.
1974 O físico japonês Norio Taniguchi cunhou o termo "nanotecnologia" para se referir a mecanismos menores que um mícron de tamanho. A palavra grega "nanos" significa aproximadamente "homem velho".
1981 Os físicos alemães Gerd Binnig e Heinrich Rohrer criaram um microscópio capaz de mostrar átomos individuais.
1985 Os físicos americanos Robert Curl, Harold Kroto e Richard Smaley criaram uma tecnologia que permite medir com precisão objetos com diâmetro de um nanômetro.
1986 A nanotecnologia tornou-se conhecida do grande público. O futurista americano Erk Drexler publicou um livro no qual previu que a nanotecnologia logo começaria a se desenvolver rapidamente.
1989 Donald Eigler, um funcionário da IBM, expôs o nome de sua empresa com átomos de xenônio.
1998 O físico holandês Seez Dekker criou o transistor baseado em nanotecnologia.
1999 Os físicos americanos James Tour e Mark Reed determinaram que uma única molécula pode se comportar da mesma maneira que as cadeias moleculares.
ano 2000. A administração dos EUA apoiou a criação da Iniciativa Nacional de Nanotecnologia\Iniciativa Nacional de Nanotecnologia. A pesquisa em nanotecnologia recebeu financiamento do governo. Em seguida, foram alocados US$ 500 milhões do orçamento federal. Em 2002, o valor das dotações aumentou para US$ 604 milhões. Para 2003, a Iniciativa solicita US$ 710 milhões.
A Wikipedia tem artigos sobre outras pessoas com o sobrenome Taniguchi.
Norio Taniguchi(Jap. 谷口 紀男 Taniguchi Norio) é um físico japonês que propôs pela primeira vez o termo "nanotecnologia".
Norio Taniguchi nasceu em 1912. Taniguchi iniciou sua pesquisa na área de processamento abrasivo de alta precisão de materiais duros e quebradiços. Mais tarde, na Universidade de Tóquio (Tokyo Science University), ele estudou o processamento de ultraprecisão de materiais usando várias tecnologias - descarga elétrica, microondas, feixes de íons e elétrons, além de lasers.
Em 1974, ele propôs o termo "nanotecnologia" em seu trabalho.
Nanotecnologia ("nanotecnologia") chamou os processos de criação de estruturas semicondutoras com uma precisão da ordem de um nanômetro usando os métodos de feixes de íons focados, deposição de camadas atômicas, etc.
Em 1986, o termo "nanotecnologia" foi proposto independentemente por Norio Taniguchi, um engenheiro e popularizador americano Eric Drexler em seu livro Machines of Creation: The Coming Era of Nanotechnology.
Taniguchi faleceu em 1999.
O texto da obra é colocado sem imagens e fórmulas.
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1. Introdução.
Pode-se supor que a eliminação completa dos efeitos nocivos da atividade humana no meio ambiente pode ser evitada.
Em primeiro lugar, saturando a ecosfera com robôs moleculares ordenados que transformam resíduos humanos em matérias-primas.
Em segundo lugar, transferindo a indústria e a agricultura para métodos nanotecnológicos não rejeitos.
O problema da ecologia tem ocupado a humanidade desde os tempos antigos. E com o crescimento do progresso, respectivamente, a poluição ambiental, os problemas ambientais estão se tornando mais importantes. Recentemente, eles estão cada vez mais tentando resolver com a ajuda da nanotecnologia.
A nanotecnologia é um campo da ciência e tecnologia que lida com um conjunto de métodos teóricos e práticos de pesquisa, análise e síntese, e métodos de fabricação e uso de produtos que possuem uma determinada estrutura atômica. A produção de tais produtos é realizada pela manipulação controlada de moléculas e átomos individuais. O uso da nanotecnologia ajuda a reduzir significativamente a poluição ambiental. Métodos de nanotecnologia são usados em vários campos em muitos países do mundo.
No entanto, a nanotecnologia é uma ciência nova e, apesar de suas vantagens e méritos, também causa preocupação. No entanto, qualquer medalhão sempre tem dois lados, portanto, apesar dos muitos efeitos positivos óbvios das nanotecnologias na vida das pessoas modernas, as nanopartículas também podem causar danos quando usadas em algumas indústrias. A nanotecnologia é agora utilizada em quase todas as áreas vida moderna. As nanopartículas são usadas, por exemplo, até mesmo em cosméticos e perfumaria. Por exemplo, nanopartículas de óxido de titânio são encontradas em alguns protetores solares. Essas nanopartículas absorvem a radiação ultravioleta com grande eficiência, o que sem dúvida torna esses cremes muito mais eficazes do que os convencionais. No entanto, foram realizados estudos posteriores que mostraram que, por exemplo, os nanotubos de carbono tiveram um efeito prejudicial em ratos. Nanotubos de carbono, entrando nos pulmões de ratos, causaram distúrbios graves e, em seguida, foram transportados pelo sangue por todo o corpo.
O principal problema é que as nanopartículas penetram em absolutamente todos os filtros de limpeza existentes hoje. Portanto, à medida que o uso da nanotecnologia se torna cada vez mais ativo, haverá algum tipo de revolução na ecologia. Filtros especiais serão criados para capturar nanopartículas.
Visto que as nanotecnologias aparentemente facilitam a vida de uma pessoa, pode-se supor que, em primeiro lugar, as nanotecnologias não serão utilizadas em todas as indústrias, mas apenas naquelas em que for necessário. E em segundo lugar, em breve Influência negativa nanopartículas serão estudadas e novos métodos de proteção serão inventados.
O lugar das nanotecnologias entre os ramos do conhecimento
2. Parte principal
2.1 Nanohistória
A tecnologia determina a qualidade de vida de cada um de nós e o poder do estado em que vivemos.
400 aC o filósofo grego Demócrito usou pela primeira vez a palavra "átomo";
1704 Isaac Newton - suposições sobre o estudo do "mistério dos corpúsculos";
1959 Richard Feyman - a suposição do movimento mecânico de átomos individuais;
1974 Norio Taniguchi usou pela primeira vez o termo "nanotecnologia";
1980 Eric Drexler usou o termo.
2.2 Problemas de ecologia.
2.2.1 O problema da ecologia devido à nanotecnologia.
Em nosso tempo, só o preguiçoso não fala sobre as perspectivas da nanotecnologia. Quem se interessar por este tema encontrará instantaneamente informações sobre fulerenos e pontos quânticos, sobre nanotubos, que são 60 vezes mais fortes que o aço e podem suportar uma temperatura de 2.500 graus e uma pressão de 6.000 atmosferas. Dezenas de artigos analíticos foram escritos sobre as fantásticas vantagens dos produtos da nanoindústria. Sobre perigos imprevisíveis também. Devido ao seu tamanho e propriedades únicas, as nanopartículas em produtos manufaturados requerem um estudo cuidadoso - se podem entrar no corpo humano e, em caso afirmativo, por quanto tempo permanecerão lá. Além disso, é preciso estudar o comportamento e a movimentação das nanopartículas no meio ambiente e, principalmente, se esses materiais afetarão a saúde humana e o estado da natureza.
Outro problema é o estudo do comportamento das nanopartículas em água. No momento, esta questão é pouco desenvolvida. A questão é complicada pelo fato de que são necessários estudos abrangentes sobre a capacidade de cada tipo de solo ou filtro artificial de reter determinadas nanopartículas. Esta questão está sendo investigada por cientistas do Instituto de Tecnologia da Geórgia (Instituto de Tecnologia da Geórgia). Eles realizaram uma série de experimentos, durante os quais água contendo fulerenos foi passada por frascos cheios de areia, terra, microgrânulos de vidro e outros materiais. Descobriu-se que a areia retém até 80% das nanopartículas, mas os cientistas também chegaram à conclusão de que a filtragem é afetada pela composição da água. A presença de ácidos húmicos ou surfactantes na água permitirá que as nanopartículas passem livremente pela areia.
Em geral, o quadro que surge com base na análise dos dados da pesquisa permite concluir que as nanotecnologias não são tão prejudiciais quanto se poderia supor: as nanopartículas não envenenam a terra e a água e sua entrada no corpo não é fatal e pode ser limitado por sistemas de filtragem. A história dos problemas ambientais e sociais da nanotecnologia não é nova - ideias semelhantes surgiram há várias centenas de anos.
Você não deve, é claro, considerar o futuro da tecnologia cor-de-rosa e caótico. A compreensão correta dos nanoprocessos e efeitos colaterais, a criação de sistemas de filtragem de última geração, a restrição de fabricantes inescrupulosos e terroristas são apenas alguns dos itens da lista de tarefas que temos que resolver. No entanto, devemos estar cientes de que os benefícios do uso da nanotecnologia superarão as possíveis dificuldades no caminho de sua implementação.
Cientistas da Purdue University, nos Estados Unidos, concluíram que as nanopartículas que entram no solo não causam nenhum dano perceptível ao ecossistema. Vários experimentos foram realizados nos quais os fulerenos foram colocados em vários tipos de solo e, em seguida, seu comportamento e seu efeito sobre microorganismos e minerais foram investigados. Lembremos aos nossos leitores que os fulerenos são poliedros esféricos de armação compostos por pentágonos e hexágonos regulares com átomos de carbono nos vértices. Mudanças significativas podem ser fatais para os elementos das cadeias alimentares vegetais. No entanto, os resultados das observações mostram que não produz nenhuma dinâmica negativa: os microorganismos estão vivos e bem, o equilíbrio das substâncias não é afetado.
Outro problema global pode ser a presença de nanopartículas na atmosfera. Segundo cientistas americanos, essas partículas, refletindo raios solares, são capazes de mudar o clima do planeta, provocando outra era do Gelo. Já existem informações sobre seu impacto significativo nas condições climáticas, e nem sempre positivas.Uma das perguntas feitas tanto por cientistas quanto por pessoas comuns, principalmente moradores de megacidades, é o ar que respiramos. Não é segredo que a presença de um grande número de doenças de bronquite crônica e asma, incluindo casos congênitos desta doença, é explicada por emissões tóxicas e poluídas na atmosfera de empreendimentos industriais e eletrodomésticos. A imagem do mundo em que, para não morrer de câncer de pulmão aos 30 anos, é preciso respirar por um filtro, retratada por Stephen King em "Running Man", não é tão fantástica.
2.2.2 O problema da ecologia devido ao homem.
As consequências dos problemas ambientais causados pelo homem
Aquecimento global
Um dos mais importantes problemas ambientais há um crescimento de longo prazo temperatura média a atmosfera do nosso planeta. Para o período 1960-2000. este valor aumentou cerca de 0,5, sendo este crescimento particularmente estável na década de 1980. Os cientistas acreditam que a principal razão para esse aumento é a quantidade cada vez maior de combustível queimado ( carvão duro, petróleo, etc.), plantas industriais, automóveis, etc. São os produtos da combustão (dióxido de carbono, metano, etc.) e sua interação com a radiação solar os principais fatores no aumento da temperatura atmosférica (efeito estufa).
Assim, durante muito tempo, o principal problema da ecologia foi reduzir o nível de consumo dos chamados combustíveis fósseis (petróleo e carvão), o que também deveria reduzir a quantidade de monóxido de carbono e outros produtos de combustão emitidos para a atmosfera. Portanto, a busca por fontes alternativas de energia e o desenvolvimento de métodos eficientes de conservação e transferência de energia (por exemplo, a criação de baterias solares e células de combustível de um novo tipo) tornaram-se uma importante tarefa científica e técnica. Recentemente, ficou claro que o uso de nanotubos de carbono pode levar a um aumento significativo na eficiência dos conversores de energia solar existentes. Além disso, descobriu-se que os nanotubos de carbono podem adsorver de forma muito eficaz grandes quantidades hidrogénio, o que de imediato desencadeou diversos estudos relacionados com o desenvolvimento de células de combustível, baterias, etc.
Destruição da camada de ozônio.
Outro importante problema ambiental é a preservação da camada de ozônio da atmosfera, que fica a cerca de 20 quilômetros de altitude e tem um papel extremamente importante na proteção da superfície do planeta contra a radiação ultravioleta do sol. Sabe-se que nos últimos anos a camada de ozônio é destruída sob a influência de muitos produtos químicos usados na vida cotidiana e na indústria. O papel principal nos processos de destruição da camada de ozônio é desempenhado pelos freons, que não são "naturais", mas produtos artificiais e são produzidos pela indústria química para diversos fins (aerossóis, refrigerantes, aparelhos de ar condicionado, etc.).
Uma diminuição de 1% na camada de ozônio leva imediatamente a um aumento na incidência de câncer de pele em 3-6% e leucemia em 1%. Uma diminuição de 10% na camada de ozônio teria consequências catastróficas, pois, segundo algumas previsões, o número de pacientes com câncer de pele aumentaria imediatamente em 20% e o número de pacientes com leucemia em 1,6-1,7 milhões de pessoas. Por cerca de 10 anos, houve uma notável destruição da camada de ozônio, que os cientistas atribuem à liberação crescente de vários compostos de freon na atmosfera. A melhor solução para o problema seria, claro, a proibição total do uso de freons, porém, isso é irreal, e em nosso tempo há uma busca intensiva por substâncias que possam substituir os freons em várias aplicações. As nanotecnologias podem fornecer métodos bastante eficazes para resolver este problema.
chuva ácida
Um problema ambiental muito sério para muitos países (e especialmente para o Japão) são as chamadas chuvas ácidas (ou seja, chuvas nas quais os ácidos sulfúrico e clorídrico caem junto com a água). A razão para a ocorrência dessas chuvas foi que uma grande quantidade de resíduos da produção industrial de gases de escapamento de automóveis entra na atmosfera. Esses resíduos podem formar uma variedade de óxidos de enxofre e nitrogênio nas nuvens de chuva (), que reagem com o vapor d'água, resultando em uma solução fraca de ácidos em vez de chuva.
Para o Japão, essa chuva ácida tem sido um problema desde o final dos anos 1990. De acordo com estatísticas relativas às regiões centrais do Japão, o número de doenças respiratórias aumentou acentuadamente durante este período, embora deva ser notado que já em 1974 na região de Tohoku, durante a chuva ácida, foram registrados mais 30.000 pacientes com queixas de problemas visuais distúrbios e doenças de pele.
O meio mais radical de combate chuva ácida haveria uma transição para novas fontes de energia não associadas à combustão de petróleo, carvão, etc. As nanotecnologias abrem amplas perspectivas para o aumento da eficiência.
2.2.3 Resolver problemas ambientais com a ajuda da nanotecnologia.
Nanotecnologia verde.
A nanotecnologia tem o potencial de mudar os processos de fabricação de duas maneiras. Primeiro, reduzindo rapidamente o desperdício de produção e aumentando sua eficiência. Em segundo lugar, através do uso de nanomateriais como catalisadores, o que aumentará a eficiência dos processos de produção e eliminará materiais tóxicos e sujos, bem como produtos finais.
Nanotecnologias "verdes" são tecnologias que utilizam processos químicos e tecnológicos ecologicamente corretos. Idealmente, a nanotecnologia verde deveria melhorar os processos de fabricação, requisitos de materiais, procedimentos químicos e substituir as atuais substâncias e processos inseguros. Isso reduzirá os custos de energia e materiais.
A importância da química "verde" e das tecnologias "verdes" foi apreciada em 2005, quando o Prêmio Nobel de Química "por sua contribuição para o desenvolvimento do método de metátese em síntese orgânica" foi concedido a Robert Grubbs, do Instituto de Tecnologia da Califórnia (EUA), Richard Schrock do Massachusetts Institute of Technology (EUA) e Yves Chauvin do Petroleum Institute (França). Metátese significa uma “troca” de um par de ligações químicas, na qual ocorre um rearranjo de átomos, ou seja, o esqueleto de carbono de uma ou duas moléculas muda.
SOLUÇÕES VERDES PARA AS CIDADES DO FUTURO
Não há regras internacionais para construção verde. Cada um resolve o problema de economizar recursos e reduzir as emissões de gases de efeito estufa à sua maneira. A revista National Geographic selecionou dez exemplos impressionantes disso (3 exemplos abaixo):
1) Cingapura.
Em Cingapura, existem os exclusivos Gardens by the Bay, cobrindo 1 milhão de m². O complexo foi criado não apenas para beleza e relaxamento, mas também para conter o efeito do superaquecimento local.
O lugar central é dado ao átrio de vidro, onde estão cerca de 220 mil espécies de vegetação (80% das espécies de plantas do mundo, segundo o National Park Board of Singapore).
No exterior, existe um bosque de 18 "superárvores" - jardins verticais até 50 m de altura, que recolhem a água da chuva, filtram os gases de escape e reciclam a energia solar, iluminando-se à noite.
O efeito do superaquecimento localizado ocorre nas cidades devido ao fato de que o pavimento, o asfalto e o concreto absorvem o calor. De acordo com a Agência de Proteção Ambiental dos EUA, a temperatura média anual no milionário é cerca de 3 ˚С maior do que nas áreas rurais vizinhas. O efeito atinge seu pico nos dias mais quentes do verão devido ao uso generalizado de aparelhos de ar condicionado.
O valor da vegetação nas áreas urbanas vai além do resfriamento e da sombra. As plantações urbanas ajudam a melhorar a qualidade do ar e da água por meio de mecanismos naturais de filtragem. Por exemplo, um estudo recente mostrou que gramíneas, heras e outras plantas (não apenas árvores) podem reduzir o dióxido de nitrogênio e o material particulado no ar em até 40% e 60%, respectivamente.
2) Nova York
A "barcaça da ciência", que pode ser encontrada no rio Hudson, em Nova York, é uma sala de aula e uma estufa. Alimentada por energia solar, eólica e biocombustível, a barcaça, construída em 2007, possui zero emissões de gases de efeito estufa. Os vegetais são cultivados em hidroponia, as plantas obtêm todos os nutrientes de que precisam da água: solo bom (e solo em geral) não é fácil de encontrar em áreas urbanas. Para irrigação, água da chuva e água purificada do rio são usadas, pesticidas são proibidos. O New York Sun Works criou a barcaça como um protótipo para um jardim autossustentável que pode ser montado no telhado de um prédio.
A primeira ecovila do Reino Unido foi inaugurada em Londres em 2002. O complexo BedZED consiste em centenas de residências e visitas a escritórios. Jardins de cobertura, materiais de construção reciclados, isolamento térmico eficiente, reciclagem mais rápida, muito pequena distância entre casa e trabalho - tudo isso permitiu que a pegada de carbono do assentamento fosse reduzida pela metade em comparação com uma cidade comum.
Conselho Internacional de Nanotecnologia
Em 2004, os entusiastas estabeleceram uma organização internacional - o Conselho Internacional de Nanotecnologia (ICON), que coleta e divulga todas as informações disponíveis sobre nanotecnologia. Os membros desta organização procuram avaliar as vantagens e desvantagens da nanotecnologia (por exemplo, riscos ambientais) e divulgar informações sobre ela.
2.2.4 Solução química nanotecnológica do problema.
Superfície autolimpante
Essa superfície é chamada de nanograss, é um conjunto de nanofios paralelos (nanorods) de mesmo comprimento, localizados a uma distância igual entre si.
A autolimpeza de uma superfície felpuda de partículas de sujeira é chamada de “efeito lótus”.
Inscrição:
Superfícies e revestimentos autolimpantes
Compostos moleculares de formas alotrópicas de carbono.
Compostos moleculares de formas alotrópicas de carbono na forma de poliedros fechados. Uma molécula de fulereno consiste em 60 átomos de carbono. O diâmetro de C60 é de cerca de 1 nm.
Inscrição:
Tintas retardantes de fogo;
diamantes artificiais;
Novas drogas;
Baterias.
óxido de titânio
O óxido de titânio tem forte atividade catalítica. Na presença de radiação ultravioleta, decompõe as moléculas de água em radicais livres.
Inscrição:
Purificação de água, ar, várias superfícies de compostos orgânicos;
Vidros autolimpantes
3. Conclusão.
Tive uma ideia de como construir usinas de purificação que purificarão o ar em todo o mundo.
Por exemplo, citarei prédios que serão construídos no centro, próximos aos poluentes e na periferia das cidades, nos quais serão instalados condensadores especiais e crescerá um grande número de plantas que purificarão o ar.
planta de purificação
Gerador de Planta de Purificação
Exemplo e processo de gerador primitivo:
Descrição do funcionamento do gerador na estação de purificação.
Quando ligado corrente direta A seguinte reação ocorre na água:
Distribuição de instalações de tratamento
É possível que alguns novos materiais possam representar um risco para fabricantes e consumidores, bem como para a sociedade e o meio ambiente. Portanto, os cientistas se esforçam para estudar os riscos potenciais associados às novas nanotecnologias da forma mais cuidadosa e abrangente possível, a fim de garantir a segurança de seu uso.
O desenvolvimento das nanotecnologias continua e é bem possível que a humanidade realmente resolva os problemas globais com a ajuda delas.
Lista de fontes e literatura usadas.
https://www.nps.gov/index.htm Serviço de Parques Nacionais
http://korrespondent.ru
http://ria.ru/science/20081203/156376525.html#ixzz2orCoTJVk
NANO? É fácil!//RUSNANO [Recurso eletrônico]. - Elétron. revista - 2012. - Modo de acesso: http://popular.rusnano.com/
Krutko VN O problema da avaliação de risco de nanotecnologia: aspectos metodológicos / VN Krutko, EV Pucillo, A. Ya. Chizhov // Vestn. Ros. Universidade da Amizade dos Povos. Ser. Ecologia e segurança da vida-atividade. - 2014. - No. 4. - S. 55-61. - Bibliografia: 5 títulos.
Dugin G.S. Nanotecnologia e seu possível impacto negativo no meio ambiente / G.S. Dugin // Problemas de segurança e situações de emergência. - 2009. - No. 5. - S. 33-37. - Bibliografia: 7 títulos.
Galchenko Yu. P. Nanopartículas tecnogênicas como um fator ambiental não periódico / Yu. P. Galchenko //Ekol. sistemas e dispositivos. - 2014. - No. 1. - S. 18-22. - Bibliografia: 5 títulos.
Nanotecnologia na próxima década / Ed. M.K. Roco, R. S. Williams, P. Alivisatos. M., 2012.
Ibragimov I. M. Aplicação da nanotecnologia para proteção ambiental / I. M. Ibragimov, E. A. Perfilova // Izv. Acad. baile de formatura. ecologia. - 2015. - Nº 3. - S. 76.
A comunidade científica e especializada recentemente tomou consciência dos perigos e riscos do desenvolvimento não regulamentado da nanoindústria e dos nanoprodutos devido à toxicidade dos nanomateriais para os sistemas vivos e à falta de pesquisas sobre o assunto. E então haverá uma transformação radical produção moderna, todas as esferas da vida humana sob a influência da nanotecnologia.
No entanto, essas perspectivas permanecerão insatisfeitas sem um controle efetivo sobre as consequências negativas do uso de nanotecnologias. Em vez disso, as mudanças serão significativas, mas serão dominadas por consequências prejudiciais reais.
Podemos dizer ainda mais fortemente: a eficácia do sistema de segurança determina se a humanidade sobreviverá no século XXI. Este problema está à frente dos perigos associados ao terrorismo e ao uso de armas de destruição em massa.
Claro, o problema da segurança das nanotecnologias tem suas próprias características específicas, principalmente relacionadas ao fato de que os nanomateriais se tornarão amplamente aceitos, penetrarão na vida cotidiana, na medicina, nos esportes, nos equipamentos civis e militares, nas roupas, nos calçados, nos alimentos, etc. Essas tecnologias são interdisciplinares e intersetoriais e, portanto, sucesso e riscos podem ser esperados delas em todas as esferas da atividade humana. Porém, por tudo isso, a experiência positiva e negativa acumulada pela humanidade no século XX ao utilizar o átomo pacífico e não pacífico, a metodologia desenvolvida nesta indústria pode ser transferida, claro, não mecanicamente, para a proteção do homem e natureza a partir de nanotecnologias.
E isto significa que desde o início deve ser feita uma avaliação de segurança para todo o ciclo, para qualquer nanotecnologia e nanomateriais colocados em prática: na fase experimental, a segurança dos desenvolvimentos-piloto, produção industrial, em todas as áreas de uso, segurança em potenciais acidentes, quando a tecnologia é parada, durante o armazenamento, descarte de resíduos contendo nanomateriais. Mencionamos um perigo extravagante, formidável e incomum em outro capítulo do livro, discutindo a disputa entre os pioneiros da nanotecnologia Eric Drexler e Robert Smalley. Estamos falando sobre sair do controle de robôs montadores moleculares que se auto-reproduzem e se "reproduzem". Eles são capazes, continuando o trabalho interminável de auto-montagem a partir de matérias-primas ambientais de modo autônomo com um suprimento adequado de energia, para reconstruir, reciclar qualquer ambiente que se interponha em uma população de novos montadores ou, como E. Drexler figurativamente diz, em sujeira “cinzenta”. Teoricamente, este processo, ou seja, o crescimento exponencial pode continuar até que as energias e materiais disponíveis se esgotem. Perspectiva divertida! Mas isso ainda é apenas uma teoria.
E. Drexler não apenas discutiu essa possibilidade em detalhes como propôs, em termos gerais, determinar os cuidados que todos os países envolvidos no desenvolvimento de nanotecnologias deveriam voluntariamente tomar sobre si.
Perigos mais tradicionais estão associados a propriedades quimicas nanopartículas capazes de interagir com sistemas vivos. Como no caso da radiação ionizante, as nanopartículas na célula formam partículas superativas - radicais de várias naturezas, agentes oxidantes fortes (peróxidos, oxigênio singleto) que podem interromper os processos vitais da célula, afetando DNA, RNA e outros objetos biológicos da célula.
A dosimetria de nanopartículas em organismos vivos é muito importante, o que requer instrumentos especiais de precisão e técnicas especiais. Uma vez que a manifestação de propriedades específicas, incluindo toxicológicas, das nanopartículas está associada à sua proporção muito alta de superfície para volume ou massa, esse valor S/V é frequentemente considerado como uma medida física do impacto potencial em um sistema vivo. Mas, é claro, a estrutura química, a geometria das partículas e sua distribuição de tamanho são muito importantes.
1. Transferência de nanopartículas (NPs) no corpo humano e no ambiente (OS).
Fontes de NPs que entram no sistema operacional.
As nanopartículas no meio ambiente não são um fenômeno novo. Até o momento, além das fontes naturais de nanopartículas, existem muitas fontes de poluição antropogênica não intencional do meio ambiente. Com o início da era das nanotecnologias, uma série de fontes de nanoobjetos criadas deliberadamente que entram em vários ambientes naturais são adicionadas a elas.
2. Vias de entrada das nanopartículas no corpo humano.
A entrada de nanoobjetos no corpo humano não difere da entrada de outros contaminantes e ocorre:
Ao mesmo tempo, os nanoobjetos podem entrar no corpo humano não como poluição, mas por outros motivos:
Alguns estudos não sistémicos sobre o impacto de nano-objetos em animais e humanos ainda nos permitem tirar as seguintes conclusões, que devem ser levadas em consideração:
Nano-objetos penetram dentro de uma célula viva, superando barreiras de bloqueio. Ao fazer isso, eles podem:
A gravidade do problema dos perigos do uso da nanotecnologia foi recentemente reconhecida por muitos cientistas e figuras públicas em todo o mundo. Desde 2006, uma revista especial Nanotoxicology foi publicada; os Institutos Nacionais de Saúde dos EUA, a Agência de Proteção Ambiental EPA, o Instituto Nacional do Câncer NCI e outros estão lidando com esse problema. Na Rússia, a própria nanoindústria ainda é muito fraca e, portanto, não há controle sistemático adequado sobre esse problema. Ao mesmo tempo, numerosos nanoprodutos (farmacêuticos, alimentícios, têxteis, cosméticos, etc.) chegam até nós do exterior, no valor de dezenas de bilhões de DS, que não passam por nenhuma certificação especial. É necessário um serviço especial de controle independente, equipado com instrumentação moderna e operando no âmbito de legislação especial e sob constante controle público.
Publicado pela USEPA, EVSCENIHR e NRG, e pelo International Risk Governance Council (JRGC) em 2006-2007. relatórios destacam a escassez de dados experimentais sobre riscos potenciais em nanotecnologia e nanomedicina.
Até agora, os estudos foram realizados apenas em animais, cujo objetivo era identificar os princípios de funcionamento dos nanoobjetos.
O problema da nanotoxicidade pode ser agravado pelo fato de que a toxicidade dos nanoobjetos não é uma simples transição da toxicidade de materiais maciços da mesma estrutura química para a nanoescala. Repetimos que as nanopartículas pela sua natureza apresentam outras propriedades físico-químicas que dependem não só do seu tamanho, mas também das propriedades adesivas, catalíticas, ópticas, elétricas, mecânica quântica, que dependem não só do tamanho das nanopartículas, mas também da sua geometria. , distribuição de tamanho e a ordem de sua organização em um nanoobjeto.
Além disso, produtos químicos que não exibem toxicidade na forma não nanométrica usual podem exibi-la na forma de nanopartículas. Um exemplo típico. O carbono inerte em sua forma usual exibe toxicidade na forma de fulereno, nanotubos de carbono. Uma metamorfose semelhante ocorre com óxidos metálicos (titânio).
Atualmente, 2.000 nanomateriais originais estão sendo produzidos no mundo. Por 10 anos de uso, nenhuma espécie deles foi totalmente estudada quanto à segurança.
Aba. 1. Perigos da nanotecnologia e maneiras de superá-los
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Perigo |
Soluções |
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específico |
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Uso de nanodispositivos |
Apenas tema: os primeiros nanodispositivos não aparecerão antes de 2015-2020 |
Aumentar a conscientização e popularizar as nanotecnologias relevantes |
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Nanotoxicidade |
Relatórios sobre os efeitos nocivos de nanoobjetos, falta de dados experimentais |
Sobre os mecanismos da nanotoxicidade |
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Impacto de nanoobjetos no DNA e processos genômicos |
Relatórios sobre o impacto de nanoobjetos no DNA, falta de dados experimentais |
Realização de estudos experimentais adicionais, a formação de idéias teóricas |
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Penetração de HO em células, órgãos, tecidos |
Relatos de permeação de HO através de biomembranas, falta de dados experimentais |
Realização de estudos experimentais adicionais, a formação de idéias teóricas |
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não específico |
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Novo e incomum |
Apenas medo |
Realizar trabalhos explicativos sobre nanotecnologia |
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Perder dinheiro com benefícios pouco claros |
Falta de trabalho na análise da relação benefício-dano |
Organização de estudos sobre a relação benefício-dano do uso de nanotecnologias |
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Falta de trabalho na análise e avaliação de risco de nanotecnologias |
Organização de estudos sobre análise e avaliação de risco de nanotecnologias |
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Insegurança, ilegalidade |
Falta de quadro legislativo e regulamentar |
Desenvolvimento de documentos legislativos e regulamentares que regulam a produção e circulação de nanotecnologias |
Além da segurança, problemas morais e éticos surgem do uso de nanotecnologias, especialmente para medicina, cosméticos, electrodomésticos, vestuário, têxteis-lar, equipamento militar, etc.
A sociedade deve dispor de informações completas, objetivas e claras sobre as vantagens e desvantagens das nanotecnologias e participar da resolução de questões estratégicas representadas pela comunidade de especialistas e órgãos públicos.
Deve-se reconhecer que em todo o mundo a pesquisa sobre a segurança das nanotecnologias está muito atrasada em relação ao seu desenvolvimento e comercialização. E os custos de identificação das consequências éticas, legais e sociais da introdução de nanotecnologias ficam muito atrás dos estudos sobre o impacto na saúde humana e no meio ambiente.
Este estado deve ser mudado urgentemente em nível planetário se não quisermos arruinar nossa civilização comum; mudanças por meio de legislação nos níveis internacional e federal.
