10 Onconventioneel gebruik van nanotechnologie

Het is moeilijk om de toekomst voor te stellen zonder de aanwezigheid van nanotechnologieën. Het manipuleren van materie op atomair en submoleculair niveau heeft de weg geëffend voor belangrijke doorbraken in de chemie, biologie en geneeskunde. Toch zijn de uitvouwende toepassingen van nanotechnologie veel breder en diverser dan we ons hadden voorgesteld.

10Films maken

Zonder de uitvinding van de scanning tunneling microscope (STM) in de jaren 1980, zou het gebied van de nanotechnologie mogelijk science fiction zijn gebleven. Met zijn atomaire precisie heeft de STM fysici in staat gesteld om de structuur van materie te bestuderen op een manier die onmogelijk was met conventionele microscopen.

Het verbazingwekkende potentieel van STM werd door onderzoekers van IBM aangetoond toen ze creëerden Een jongen en zijn atoom, de kleinste animatiefilm ter wereld. Het werd geproduceerd door individuele atomen op een koperoppervlak te verplaatsen.

De 90 seconden durende film toont een jongen gemaakt van koolmonoxidemoleculen die met een bal spelen, dansen en stuiteren op een trampoline. De animatie bestaat uit 202 frames en neemt actie in een ruimte die zo klein is als 1/1000 van de grootte van één menselijk haar. Om de film te maken, gebruikten onderzoekers een unieke functie die wordt geleverd met de STM: een elektrisch geladen en extreem scherpe stylus met een tip gemaakt van een atoom. De stylus kan de exacte posities van de koolstofmoleculen op het animatieoppervlak detecteren (wat in dit geval het kopervel is). Daarom kan het worden gebruikt om afbeeldingen van de moleculen te maken en ze naar nieuwe posities te verplaatsen.

9 Olieherstel

De wereldwijde uitgaven voor olie-exploratie zijn in het afgelopen decennium exponentieel gestegen. Efficiëntie in oliewinning is echter nog steeds een groot probleem. Wanneer aardoliemaatschappijen een oliebron afsluiten, wordt minder dan de helft van de olie in het reservoir geëxtraheerd. De rest wordt achtergelaten omdat het gevangen zit in de rots, waar het te duur is om te herstellen. Gelukkig hebben wetenschappers in China met behulp van nanotechnologie een manier gevonden om hieraan te werken.

De oplossing is het verbeteren van een bestaande boortechniek. De originele techniek omvat het injecteren van water in de poriën van de rotsen waar olie zich bevindt. Dit verplaatst de olie en dwingt het uit. Deze methode onthult echter zijn beperking zodra de olie in de gemakkelijk bereikbare poriën is geëxtraheerd. Tegen die tijd begint water uit de bron te komen in plaats van olie.

Om dit te voorkomen zijn de Chinese onderzoekers Peng en Ming Yuan Li op het idee gekomen om het water te infunderen met nanodeeltjes die de doorgangen tussen de poriën van de rotsen kunnen dichten. Deze methode is bedoeld om ervoor te zorgen dat het water smallere paden in de poriën neemt die olie bevatten en de olie eruit dwingen. Met succesvolle veldstudies uitgevoerd in China, is deze methode zeer efficiënt gebleken in het herstellen van de 50 procent van het zwarte goud dat anders buiten bereik blijft.

8 Displays met hoge resolutie

De afbeeldingen op computerschermen worden gepresenteerd via kleine stippen, pixels genaamd. Ongeacht hun grootte en vorm is het aantal pixels op een scherm een ​​bepalende factor voor de beeldkwaliteit gebleven. Met traditionele beeldschermen betekenden echter meer pixels grotere en volumineuzere schermen - een duidelijke beperking.

Terwijl bedrijven bezig waren hun kolossale schermen aan consumenten te verkopen, hebben wetenschappers van de Universiteit van Oxford een manier ontdekt om pixels te creëren die slechts een paar honderd nanometer breed zijn. Dit werd bereikt door gebruik te maken van de eigenschappen van een faseveranderingsmateriaal genaamd GST (een materiaal gevonden in producten voor thermisch beheer). In het experiment gebruikten de wetenschappers zeven lagen nanometer dikke lagen GST die waren ingeklemd tussen transparante elektroden. Elke laag - slechts 300 bij 300 nanometer groot - fungeert als een pixel die elektrisch kan worden in- en uitgeschakeld. Door elektrische stroom door lagen door te laten, waren de wetenschappers in staat om beelden te produceren met eerlijke kwaliteit en contrast.

De nano-pixels zullen verschillende doelen dienen waar de conventionele pixels onpraktisch zijn geworden. Door hun kleine formaat en dikte zijn ze bijvoorbeeld een uitstekende keuze voor technologieën zoals slimme brillen, opvouwbare schermen en synthetische netvliezen. Een ander voordeel van nano-pixel displays is hun lagere energieverbruik. In tegenstelling tot de bestaande beeldschermen die voortdurend alle pixels vernieuwen om afbeeldingen te vormen, vernieuwen de op GST-lagen gebaseerde beeldschermen alleen het deel van het beeldscherm dat daadwerkelijk verandert, waardoor stroom wordt bespaard.

7Kleurveranderende verf

Tijdens het experimenteren met snaren van gouden nanodeeltjes, zijn wetenschappers aan de Universiteit van Californië een verbazingwekkende observatie tegengekomen. Ze hebben gemerkt dat de kleur van goud verandert wanneer een reeks deeltjes wordt uitgerekt of ingetrokken, wat een van de wetenschappers beschrijft als een prachtig helder blauw dat verandert in paars en dan rood. De bevinding heeft de wetenschappers geïnspireerd om sensoren te creëren uit gouden nanodeeltjes die van kleur veranderen wanneer er druk op wordt uitgeoefend.

Om de sensoren te produceren, moeten gouden nanodeeltjes worden toegevoegd aan een flexibele polymeerfilm. Wanneer de film wordt ingedrukt, strekt het uit en worden deeltjes gescheiden en verandert de kleur. Als u licht drukt, wordt de sensor paars en als u harder drukt, wordt de sensor rood. De wetenschappers hebben deze intrigerende eigenschap niet alleen in gouddeeltjes opgemerkt, maar ook in zilver, waar de deeltjes geel worden wanneer ze worden uitgerekt.

De sensoren kunnen verschillende doelen dienen. Ze kunnen bijvoorbeeld worden opgenomen in meubels, zoals banken of bedden, om zit- of slaapposities te beoordelen. Ondanks dat het van goud is gemaakt, is de sensor klein genoeg om de kostenkwestie te overwinnen.

6Phone opladen

Of het nu gaat om een ​​iPhone, een Samsung of een ander type telefoon, elke smartphone die de fabriek verlaat, heeft twee beruchte nadelen: de levensduur van de batterij en de tijd die het kost om op te laden.Terwijl de eerste nog steeds een universeel probleem is, zijn wetenschappers van de stad Ramat Gan in Israël erin geslaagd om het tweede probleem aan te pakken door een batterij te maken die slechts 30 seconden nodig heeft om op te laden.

De doorbraak werd toegeschreven aan een project in verband met de ziekte van Alzheimer dat werd uitgevoerd door onderzoekers van de Universiteit van Tel Aviv. De onderzoekers ontdekten dat de peptidemoleculen die de neuronen van de hersenen verkorten en ziekten veroorzaken een zeer hoge capaciteit hebben (het vermogen om elektrische ladingen te behouden). Deze bevinding heeft bijgedragen aan de oprichting van StoreDot, een bedrijf dat zich richt op nanotechnologieën gericht op consumentenproducten. Met de hulp van onderzoekers heeft StoreDot NanoDots-technologie ontwikkeld die de eigenschappen van de peptiden gebruikt om de levensduur van de batterij van smartphones te verbeteren. Het bedrijf demonstreerde een prototype van zijn batterij in het ThinkNext-evenement van Microsoft. Met behulp van een Samsung Galaxy S3-telefoon werd de batterij in minder dan een minuut opgeladen van nul tot vol.

5 Gesofisticeerde medicijnafgifte

Behandelingen voor ziekten zoals kanker kunnen onbetaalbaar en in sommige gevallen te laat zijn. Gelukkig zijn verschillende medische bedrijven van over de hele wereld bezig met onderzoek naar goedkope en effectieve manieren om ziekten te behandelen. Onder hen is Immusoft, een bedrijf dat een revolutie teweeg wil brengen in de manier waarop geneesmiddelen aan ons lichaam worden toegediend.

In plaats van miljarden dollars te besteden aan medicijnen en therapieprogramma's, gelooft Immusoft dat we onze lichamen kunnen manipuleren om zelf medicijnen te produceren. Met behulp van het immuunsysteem kunnen cellen van een patiënt worden aangepast om nieuwe genetische informatie te ontvangen die hen in staat stelt om hun eigen medicijn te maken. De genetische informatie kan worden afgegeven via capsules van nano-formaat die in het lichaam worden geïnjecteerd.

De nieuwe methode is nog niet getest op een menselijke patiënt. Niettemin hebben Immusoft en andere instellingen succesvolle experimenten met muizen gerapporteerd. Als het bewezen effectief is voor mensen, zal de methode de behandelings- en therapiekosten van hart- en vaatziekten en verschillende andere ziekten aanzienlijk verminderen.

4Moleculaire communicatie

Er zijn omstandigheden waarin elektromagnetische golven, de ziel van wereldwijde telecommunicatie, onbruikbaar worden. Denk aan een elektromagnetische puls die communicatiesatellieten zou kunnen maken, en elke vorm van technologie die daarop zou vertrouwen, nutteloos. We zijn behoorlijk bekend met dergelijke angstaanjagende scenario's van doomsday-films. Bovendien is dit onderwerp al jarenlang onderzocht door onderzoekers van de University of Warwick in het Verenigd Koninkrijk en de York University in Canada, voordat ze uiteindelijk met een onverwachte oplossing kwamen.

De onderzoekers observeerden hoe sommige diersoorten, met name insecten, feromonen gebruiken om over grote afstanden te communiceren. Na het verzamelen van de gegevens konden ze een communicatiemethode ontwikkelen waarin berichten worden gecodeerd in de moleculen van verdampte alcohol. De onderzoekers toonden met succes de nieuwe techniek aan met behulp van ontsmettingsalcohol als signaalstof en "O Canada" als hun eerste boodschap.

Twee apparaten werden gebruikt met deze methode, waaronder een zender om het bericht te coderen en verzenden en een ontvanger om te decoderen en weer te geven. De methode werkt door een sms-bericht in te toetsen op de zender met behulp van Arduino Uno (een open-source microcontroller) die wordt geleverd met een LCD-scherm en knoppen. De controller converteert vervolgens de tekstinvoer naar een binaire reeks die wordt gelezen door een elektronische sproeier die de alcohol bevat. Zodra het binaire bericht is gelezen, zet het spuitapparaat het om in een gecontroleerde set sprays waarbij "1" staat voor een spray en "0" staat voor geen spray. De alcohol in de lucht wordt vervolgens gedetecteerd door de ontvanger, die bestaat uit een chemische sensor en een microcontroller. De ontvanger leest en converteert de binaire gegevens terug naar tekst voordat deze op een scherm wordt weergegeven.

De onderzoekers konden het bericht 'O Canada' verzenden en ontvangen over meerdere voeten open ruimte. Als gevolg hiervan hebben een aantal wetenschappers vertrouwen in de methode geuit. Ze denken dat het nuttig kan zijn in omgevingen zoals ondergrondse tunnels of pijpleidingen waar elektromagnetische golven onbruikbaar worden.

3Computeropslag

In de afgelopen decennia zijn computers exponentieel gegroeid in zowel verwerkingskracht als opslagcapaciteit. Dit fenomeen werd ongeveer 50 jaar geleden nauwkeurig voorspeld door James Moore en werd later algemeen bekend als de wet van Moore. Veel wetenschappers, waaronder de natuurkundige Michio Kaku, geloven echter dat de wet van Moore uit elkaar valt. Dit komt door het feit dat computerkracht de exponentiële stijging van de bestaande productietechnologieën niet kan bijhouden.

Hoewel Kaku de nadruk legde op verwerkingskracht, is hetzelfde concept van toepassing op de opslagcapaciteit. Gelukkig is het niet het einde van de weg. Een team van onderzoekers van de RMIT University in Melbourne onderzoekt nu de alternatieven. Geleid door Dr. Sharath Sriram staat het team op het punt opslagapparaten te ontwikkelen die lijken op de manier waarop het menselijke brein informatie opslaat. De onderzoekers hebben de eerste stap gezet en een nano-film gemaakt die chemisch is ontworpen om elektrische ladingen in aan-en uitschakelen te bewaren. De film, die 10.000 keer dunner is dan een mensenhaar, kan de hoeksteen worden voor het ontwikkelen van geheugenapparaten die de neurale netwerken van de hersenen repliceren.

2Nano Art

De veelbelovende ontwikkeling van nanotechnologie heeft veel bewondering gekregen van de wetenschappelijke gemeenschap. Niettemin zijn doorbraken in nanotechnologie niet langer beperkt tot geneeskunde, biologie en engineering. Nano-kunst is een opkomend gebied dat ons in staat stelt de kleine wereld onder de microscoop vanuit een geheel nieuw perspectief te bekijken.

Zoals de naam al aangeeft, is nanokunst een combinatie van kunst en nanowetenschap die door een klein aantal wetenschappers en kunstenaars wordt beoefend. Onder hen is John Hart, een werktuigbouwkundig ingenieur van de Universiteit van Michigan, die een nanoportret maakte van president Barack Obama. Het portret, Nanobama genaamd, is gemaakt ter ere van de president toen hij kandidaat was tijdens de presidentsverkiezingen van 2008. Elk gezicht in Nanobama meet slechts een halve millimeter doorsnede en is volledig gebeeldhouwd uit 150 nanobuisjes. Om de portretten te produceren, maakte Hart eerst een lijntekening van de iconische "Hope" -affiche. Vervolgens drukte hij de tekening op een glasplaat bekleed met de nanodeeltjes die nodig waren om nanobuisjes te laten groeien. Met behulp van een hoge temperatuur oven was het slechts een kwestie van tijd voordat het portret klaar was voor een fotoshoot.

1Record breken

De mensheid heeft altijd geprobeerd de sterkste, snelste en grootste dingen te bouwen. Maar als het gaat om het bouwen van de kleinste, komt nanotechnologie op het toneel. Onder de kleinste dingen ooit gemaakt met behulp van nanotechnologie is een boek genaamd Teeny Ted Van Raap die momenteel wordt beschouwd als 's werelds kleinste gedrukte boek. Geproduceerd in het Nano Imaging Laboratory aan de Simon Fraser University in Vancouver, Canada, meet het boek slechts 70 micrometer bij 100 micrometer en is gemaakt van letters uitgehouwen op 30 pagina's met kristallijn silicium.

Het verhaal van het boek, geschreven door Malcolm Douglas Chaplin, bevat Teeny Ted en zijn triomf tijdens de knolwedstrijd op de jaarlijkse kermis. Meer dan 100 exemplaren van het boek zijn gepubliceerd. Maar om er een te kopen, hebt u een diepe zak nodig - een enkel boek kost meer dan $ 15.000. Er is ook een elektronenmicroscoop vereist om deze te lezen, waardoor de kosten nog hoger worden.