На протяжении многих десятилетий нанотехнологии развивались в сотрудничестве с исследователями в нескольких областях науки, включая физику, химию, биологию, материаловедение, машиностроение и вычислительную технику.
В частности, рассматриваются методы программирования будущей нанотехнологии, изучая возможности симуляций и интеллектуальных систем. Есть надежда, что это может привести к реализации наших видений.
- Согласно видению, строительная продукция с атомной точностью по восходящей технологии может предложить огромный потенциал и снижение воздействия на окружающую среду, что улучшит наш образ жизни. Простой пример потенциальных выгод от нанотехнологий заключается в том, что информация, хранящаяся на устройствах, может быть упакована в гораздо меньшие пространства, чтобы уменьшить загрязнение, вызванное выбросом этих устройств.
Аспект, который был бы непосредственно полезен человечеству, - наномедицина, включающая медицинские исследования в наномасштабах. Например, группа программируемых нанороботов, которые могут течь по нашим кровеносным сосудам без вреда для нашего организма, может быть введена для лечения изнутри.
Нанотехнологии действительно сулят человечеству великое будущее. Однако не следует упускать из виду и обратную сторону этой технологии. Некоторые ученые предположили потенциальную угрозу жизни на Земле со стороны неконтролируемого копирования ассемблеров.
Для предотвращения любой угрозы обществу крайне важно, чтобы нанотехнологии разрабатывались в соответствии с приемлемыми стандартами с учетом этических и социальных соображений. Недавно Институт перспективного анализа, являющийся некоммерческой организацией в области нанотехнологий, представил версию своих руководящих принципов в качестве перечня для самооценки исследований и разработок в области нанотехнологий .
Многие компании проводят исследования и разработки в области нанотехнологий в коммерческих целях. Правительства ряда стран начали финансирование исследований в этой области.
Наноманипуляторы
Одной из важных концепций нанотехнологий является создание продуктов по восходящей технологии. Вместо того чтобы превращать сыпучие материалы в желаемые продукты, восходящая технология предлагает новый метод, который объединяет отдельные атомы в продукты.
- Первым шагом к технологии снизу вверх является получение возможности манипулировать отдельными атомами в желаемом масштабе нанометров. Поэтому разработка наноманипулятора, являющегося инструментом манипулирования наноматериалами, рассматривается некоторыми как имеющая решающее значение для развития нанотехнологий.
Первое изображение в наномасштабе было получено с помощью электронного микроскопа, разработанного сканирующим туннельным микроскопом, способным снимать отдельные атомы и удостоенным Нобелевской премии. Успех сканирующего туннельного микроскопа привел к разработке других сканирующих зондовых микроскопов, включая атомно-силовой микроскоп.
Вместо использования линз, как традиционные микроскопы, все эти сканирующие зондовые микроскопы используют зонд для сканирования атомов по поверхности, измерения местного свойства и получения изображения. Различные типы сканирующих зондовых устройств, предназначенные для выполнения различных задач. Например, STM подходит только в том случае, если материал проводит электричество, в то время как AFM может работать с непроводящими материалами.
Нанопроизводство
После того, как ученые получат возможность работать с отдельными атомами напрямую, следующим шагом станет производство структур нанометрового масштаба, то есть структур размером менее 100 нанометров.
Уже сейчас рассматриваются методы нанопроизводства, которые можно разделить на две категории:
- методы сверху вниз
- методы снизу вверх.
Нисходящие методы включают вырезание или добавление на поверхность небольшого количества молекул, в то время как восходящие методы собирают атомы или молекулы в наноструктуры. В электронной промышленности используется метод сверху вниз - фотолитография.
Фотолитография - это процесс, при котором геометрическая форма маски переносится на поверхность кремниевой пластины под воздействием ультрафиолетового света через линзы. Компьютерная индустрия использует эту технологию для изготовления микропроцессорных чипов. Однако использование фотолитографии для изготовления наноструктур ограничено длиной волны ультрафиолетового излучения. Одна из модификаций может быть выполнена с помощью электронно-лучевой литографии, которая представляет собой метод создания тонких узоров на тонкой полимерной пленке с пучком электронов.
- Поскольку электронно-лучевая литография является очень дорогой и медленной, разработка мягкой литографии, которая представляет собой процесс создания эластичной печати для переноса структур на поверхность, позволяет исследователям воспроизводить рисунки в следующих областяхдорогостоящим в широком спектре материалов. Тем не менее, эта техника еще не идеальна для производства таких устройств в сложной многослойной структуре.
По мере развития нанотехнологий в различных дисциплинах, включая физику, химию, биологию и материаловедение, компьютерщики должны осознавать свою роль и готовиться к дальнейшему развитию нанотехнологий в будущем. Также предлагаются возможные методы, которые компьютерные науки могут предложить в задаче программирования будущих нанотехнологий, которые могут принести пользу другим нанотехнологам из других областей, помогая им быть в курсе возможностей компьютерных наук.
- Как ученые-компьютерщики, интересующиеся нанотехнологиями, так и текущая ситуация включает в себя создание систем, состоящих из большого количества частиц, автоматически формирующихся в проектируемую структуру. Используя алгоритм PPSO для управления роем частиц, каждая частица выполняет легковесные расчеты и имеет лишь несколько значений.
Ожидается, что подобные модели приведут в будущем к созданию успешных нанотехнологических систем по принципу снизу вверх. Кроме того, при создании устройств для самостоятельной сборки следует учитывать принципы самосборки.
Нет никаких сомнений, что нанотехнологии будут играть важную и важную роль в наших будущих технологиях.