تصور الفنان لروبوت النانو الحيوي. حقوق الصورة: ناسا. اضغط للتكبير
عندما يتعلق الأمر بأخذ "القفزة العملاقة" التالية في استكشاف الفضاء ، فإن وكالة ناسا تفكر بشكل صغير - صغير بالفعل.
في المختبرات في جميع أنحاء البلاد ، تدعم وكالة ناسا العلوم المزدهرة لتقنية النانو. الفكرة الأساسية هي تعلم كيفية التعامل مع المادة على المستوى الذري - لتكون قادرًا على التحكم في الذرات الفردية والجزيئات بشكل جيد بما يكفي لتصميم آلات بحجم الجزيئات ، والإلكترونيات المتقدمة والمواد "الذكية".
إذا كان أصحاب البصيرة على حق ، فقد تؤدي تكنولوجيا النانو إلى الروبوتات التي يمكنك الإمساك بها بأطراف أصابعك وبذات الفضاء ذاتية الشفاء ومصاعد الفضاء وغيرها من الأجهزة الرائعة. قد يستغرق تطوير بعض هذه الأشياء أكثر من 20 عامًا ؛ البعض الآخر يتشكل في المختبر اليوم.
ببساطة جعل الأشياء أصغر مزاياه. تخيل ، على سبيل المثال ، إذا كان يمكن للمريخ المتجول الروح والفرصة أن يكونا صغيرين مثل خنفساء ، ويمكن أن يهرول فوق الصخور والحصى مثل خنفساء ، وأخذ عينات من المعادن والبحث عن أدلة لتاريخ المياه على كوكب المريخ. كان من الممكن إرسال مئات أو الآلاف من هذه الروبوتات المصغرة في نفس الكبسولات التي تحمل المركبتين بحجم المكتب ، مما يتيح للعلماء استكشاف المزيد من سطح الكوكب - وزيادة احتمالات التعثر عبر بكتيريا المريخ المتحجرة!
لكن تقنية النانو تتعلق بأكثر من مجرد تقلص الأشياء. عندما يتمكن العلماء من ترتيب المادة وتركيزها على المستوى الجزيئي عن عمد ، تظهر خصائص جديدة مذهلة في بعض الأحيان.
من الأمثلة الممتازة ذلك حبيبي عالم التكنولوجيا النانوية ، أنبوب الكربون النانوي. يحدث الكربون بشكل طبيعي مثل الجرافيت - المادة السوداء الناعمة التي غالبًا ما تستخدم في خيوط الرصاص - وكماس. والفرق الوحيد بين الاثنين هو ترتيب ذرات الكربون. عندما يقوم العلماء بترتيب ذرات الكربون نفسها في نمط "سلك الدجاج" ولفها في أنابيب صغيرة بعرض 10 ذرات فقط ، تكتسب "الأنابيب النانوية" الناتجة بعض الصفات غير العادية إلى حد ما. الأنابيب النانوية:
- لديها 100 ضعف قوة الشد للصلب ، ولكن فقط 1/6 الوزن ؛
- أقوى 40 مرة من ألياف الجرافيت ؛
- توصيل الكهرباء أفضل من النحاس ؛
- يمكن أن تكون إما موصلات أو أشباه الموصلات (مثل رقائق الكمبيوتر) ، اعتمادًا على ترتيب الذرات ؛
- وموصلات ممتازة للحرارة.
يركز الكثير من أبحاث تقنية النانو الحالية حول العالم على هذه الأنابيب النانوية. اقترح العلماء استخدامها لمجموعة واسعة من التطبيقات: في الكبل عالي القوة ومنخفض الوزن المطلوب لمصعد الفضاء ؛ كأسلاك جزيئية للإلكترونيات النانوية ؛ مضمن في المعالجات الدقيقة للمساعدة في امتصاص الحرارة. وكقضبان صغيرة وتروس في آلات مقياس النانو ، على سبيل المثال لا الحصر.
تحتل الأنابيب النانوية مكانة بارزة في البحث الذي يتم في مركز أميس للتكنولوجيا النانوية (CNT). تأسس المركز في عام 1997 ويعمل به الآن حوالي 50 باحثًا متفرغًا.
يقول مدير CNT Meyya Meyyappan: "[نحن] نحاول التركيز على التقنيات التي يمكن أن تنتج منتجات قابلة للاستخدام في غضون بضع سنوات إلى عقد من الزمان". "على سبيل المثال ، نحن ننظر في كيفية استخدام المواد النانوية لدعم الحياة المتقدم ، وأجهزة تسلسل الحمض النووي ، وأجهزة الكمبيوتر فائقة القوة ، وأجهزة الاستشعار الدقيقة للمواد الكيميائية أو حتى أجهزة استشعار السرطان."
من المقرر أن يطير مستشعر كيميائي قاموا بتطويره باستخدام الأنابيب النانوية في مهمة عرضية إلى الفضاء على متن صاروخ من البحرية في العام المقبل. يمكن لهذا المستشعر الصغير أن يكتشف القليل من الأجزاء لكل مليار من المواد الكيميائية المحددة - مثل الغازات السامة - مما يجعله مفيدًا لاستكشاف الفضاء والدفاع عن الوطن. طور CNT أيضًا طريقة لاستخدام الأنابيب النانوية لتبريد المعالجات الدقيقة في أجهزة الكمبيوتر الشخصية ، وهو تحد كبير حيث تزداد قوة وحدات المعالجة المركزية. تم ترخيص تقنية التبريد هذه لشركة سانتا كلارا بولاية كاليفورنيا ، وهي شركة ناشئة تسمى Nanoconduction ، وقد أعربت Intel عن اهتمامها بذلك ، كما يقول Meyyappan.
إذا كانت هذه الاستخدامات قصيرة المدى لتقنية النانو تبدو مثيرة للإعجاب ، فإن الاحتمالات طويلة المدى محيرة للعقل حقًا.
تم إنشاء معهد ناسا للمفاهيم المتقدمة (NIAC) ، وهي منظمة مستقلة تمولها وكالة ناسا تقع في أتلانتا ، جورجيا ، لتعزيز البحث التطلعي حول تقنيات الفضاء الجذرية التي ستستغرق 10 إلى 40 عامًا حتى تؤتي ثمارها.
على سبيل المثال ، مولت إحدى منح NIAC الحديثة دراسة جدوى التصنيع بالمقياس النانوي - بعبارة أخرى ، باستخدام أعداد هائلة من الآلات الجزيئية المجهرية لإنتاج أي كائن مرغوب من خلال تجميعه بذرة بواسطة ذرة!
تم منح منحة NIAC هذه إلى كريس فينيكس من مركز تقنية النانو المسؤولة.
في تقريره الذي يحتوي على 112 صفحة ، يوضح فينيكس أن مثل هذا "المصنع النانوي" يمكن أن ينتج ، على سبيل المثال ، أجزاء مركبة فضائية بدقة ذرية ، مما يعني أن كل ذرة داخل الجسم يتم وضعها بالضبط في المكان الذي تنتمي إليه. سيكون الجزء الناتج قويًا للغاية ، ويمكن أن يكون شكله في عرض ذرة واحدة للتصميم المثالي. لن تحتاج الأسطح فائقة النعومة إلى تلميع أو تزييت ، ولن تعاني فعليًا من "البلى" بمرور الوقت. هذه الدقة العالية والموثوقية لأجزاء المركبات الفضائية لها أهمية قصوى عندما تكون حياة رواد الفضاء على المحك.
على الرغم من أن فينكس رسم بعض أفكار التصميم لمصنع نانوي مكتبي في تقريره ، إلا أنه يقر بأنه - أقل من "مشروع Nanhatten" الكبير الميزانية ، كما يسميه - فإن مصنع النانو يعمل على بعد عقد على الأقل ، وربما أطول بكثير.
انطلاقاً من علم الأحياء ، يستكشف Constantinos Mavroidis ، مدير مختبر Bionanorobotics Laboratory في جامعة Northeastern في بوسطن ، مقاربة بديلة لتقنية النانو:
بدلاً من البدء من نقطة الصفر ، فإن المفاهيم الموجودة في دراسة Mavroidis الممولة من NIAC تستخدم "آلات" جزيئية وظيفية موجودة مسبقًا يمكن العثور عليها في جميع الخلايا الحية: جزيئات الحمض النووي والبروتينات والإنزيمات وما إلى ذلك.
على شكل تطور على مدى ملايين السنين ، فإن هذه الجزيئات البيولوجية بارعة جدًا في معالجة المادة على المستوى الجزيئي - وهذا هو السبب في أن النبات يمكن أن يجمع بين الهواء والماء والأوساخ وينتج الفراولة الحمراء العصيرة ، ويمكن لجسم الشخص أن يتحول أخيرًا عشاء البطاطا الليلي في خلايا الدم الحمراء الجديدة اليوم. يتم إعادة ترتيب الذرات التي تجعل هذه المفاخر ممكنة بواسطة مئات الإنزيمات والبروتينات المتخصصة ، ويقوم DNA بتخزين الشفرة لصنعها.
يعد استخدام هذه الآلات الجزيئية "المعدة مسبقًا" - أو استخدامها كنقاط انطلاق للتصميمات الجديدة - نهجًا شائعًا لتقنية النانو يسمى "التكنولوجيا الحيوية النانوية".
"لماذا إعادة اختراع العجلة؟" يقول Mavroidis. "لقد أعطتنا الطبيعة كل هذه التكنولوجيا النانوية الرائعة عالية الدقة داخل الكائنات الحية ، فلماذا لا تستخدمها - وتحاول تعلم شيء منها؟"
إن الاستخدامات المحددة للتكنولوجيا النانوية الحيوية التي يقترحها مافرويد في دراسته هي مستقبلية للغاية. تنطوي إحدى الأفكار على لف نوع من "شبكة العنكبوت" من الأنابيب الرفيعة الشعر المليئة بأجهزة استشعار التكنولوجيا النانوية عبر عشرات الأميال من التضاريس ، كوسيلة لرسم خريطة لبيئة بعض الكواكب الغريبة بتفصيل كبير. هناك مفهوم آخر يقترحه هو "الجلد الثاني" لرواد الفضاء لارتدائه تحت بدلاتهم الفضائية التي من شأنها استخدام التكنولوجيا النانوية للإحساس والاستجابة للإشعاع الذي يخترق الدعوى ، ولإغلاق أي جروح أو ثقوب بسرعة.
مستقبلية؟ من المؤكد. ممكن؟ يمكن. يعترف Mavroidis أن مثل هذه التقنيات ربما تكون على بعد عقود ، وأن هذه التكنولوجيا حتى الآن في المستقبل ربما تكون مختلفة تمامًا عما نتخيله الآن. ومع ذلك ، يقول إنه يعتقد أنه من المهم البدء في التفكير الآن في ما يمكن أن تتيحه تقنية النانو لسنوات عديدة على الطريق.
بالنظر إلى أن الحياة نفسها ، إلى حد ما ، هي المثال النهائي لتقنية النانو ، فإن الاحتمالات مثيرة حقًا.
المصدر الأصلي: بيان صحفي لوكالة ناسا
