Cet article est une mise à jour prévue de tout ce que vous saviez sur les outils les plus puissants que l'humanité ait jamais pu créer: la nanotechnologie. Peter Diamandis, un entrepreneur et ingénieur renommé, directeur et fondateur de la Fondation X-Prize, Planetary Resources et d'autres initiatives, a exposé sa vision de ce qui se passe dans les laboratoires du monde entier et des applications potentielles de la nanotechnologie dans les domaines de la santé, de l'énergie et de la protection de l'environnement. environnement, science des matériaux, stockage et traitement des données.
L'intelligence artificielle ayant fait l'objet de beaucoup d'attention ces derniers temps, nous devrions très bientôt entendre parler d'incroyables percées dans le domaine des nanotechnologies.
Les origines de la nanotechnologie
La plupart des historiens pensent que le concepteur du terme est le physicien Richard Feynman et son discours de 1959: «Il y a beaucoup de place en dessous». Dans son discours, Feynman envisageait le jour où les machines pourraient être tellement réduites et tellement d'informations encodées dans des espaces minuscules que des percées technologiques incroyables commenceraient à partir de ce jour.
Mais le livre d'Eric Drexler, "Engines of Creation: The Coming Era of Nanotechnology", a vraiment révélé cette idée. Drexler a eu l'idée de nanomachines auto-réplicatives: des machines que d'autres machines construisent.
Comme ces machines sont programmables, elles peuvent être utilisées pour construire non seulement plus de ces machines, mais ce que vous voulez. Et comme cette construction se déroule au niveau atomique, ces nanorobots peuvent démonter tout type de matériau (sol, eau, air, peu importe) atome par atome et en assembler n'importe quoi.
Drexler a dessiné une image d'un monde où toute une bibliothèque du Congrès pourrait tenir sur une puce de la taille d'un morceau de sucre et où les épurateurs environnementaux éliminent les contaminants de l'air.
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Mais avant d'explorer les possibilités de la nanotechnologie, passons en revue les bases.
Qu'est-ce que la "nanotechnologie"?
La nanotechnologie est la science, l'ingénierie et la technologie menées à l'échelle nanométrique, qui varie de 1 à 100 nanomètres. Essentiellement, ils manipulent et manipulent des matériaux aux niveaux atomique et moléculaire.
Pour que vous compreniez, imaginons ce qu'est un nanomètre:
- Le rapport de la Terre au cube des enfants est approximativement le rapport d'un mètre à un nanomètre.
- C'est un million de fois moins que la longueur de la fourmi.
- L'épaisseur d'une feuille de papier est d'environ 100 000 nanomètres.
- Le diamètre du globule rouge est de 7 000 à 8 000 nanomètres.
- Le diamètre de la chaîne d'ADN est de 2,5 nanomètres.
Un nanobot est une machine qui peut construire et manipuler des choses avec précision et au niveau atomique. Imaginez un robot capable de manipuler des atomes comme un enfant peut manipuler des briques LEGO, en construisant n'importe quoi (C, N, H, O, P, Fe, Ni, etc.) à partir de blocs de construction atomiques de base. Alors que certains nient l'avenir des nanobots comme de la science-fiction, vous devez comprendre que chacun de nous est vivant aujourd'hui grâce aux innombrables opérations de nanobots dans nos billions de cellules. Nous leur donnons des noms biologiques comme «ribosomes», mais au fond ce sont des machines programmées avec des fonctions.
Il convient également de faire une distinction entre la nanotechnologie «humide» ou «biologique», qui utilise l'ADN et les machines de la vie pour créer des structures uniques à partir de protéines ou d'ADN (comme matériaux de construction), et plus de nanotechnologie Drexler, qui implique la construction d'un «assembleur», ou machine qui s'engage dans l'impression 3D avec des atomes nanométriques pour créer efficacement toute structure thermodynamiquement stable.
Jetons un coup d'œil à quelques types de nanotechnologies avec lesquels les chercheurs sont aux prises.
Différents types de nanobots et applications
En général, il y a beaucoup de nanorobots. Voici quelques-uns d'entre eux.
- Les plus petits moteurs possibles. Un groupe de physiciens de l'Université de Mayence en Allemagne a récemment construit le plus petit moteur mono-atome de l'histoire. Comme tout autre, ce moteur convertit l'énergie thermique en mouvement - mais il le fait à la plus petite échelle. L'atome est piégé dans un cône d'énergie électromagnétique et, à l'aide de lasers, il est chauffé et refroidi, ce qui provoque un mouvement de va-et-vient de l'atome dans le cône comme un piston d'un moteur.
- Nanomachines d'ADN en mouvement 3D. Les ingénieurs en mécanique de l'Ohio State University ont conçu et construit des pièces mécaniques complexes à l'échelle nanométrique à l'aide de l'ADN origami - prouvant que les mêmes principes de conception de base qui s'appliquent aux machines de taille normale peuvent être appliqués à l'ADN - et peuvent en produire des complexes. composants contrôlés pour les futurs nanorobots.
- Nanofins. Des scientifiques de l'ETH Zurich et du Technion ont mis au point une "nanofin" élastique sous la forme d'un nanofil de polypyrrole (Ppy) de 15 micromètres (millionièmes de mètre) de long et 200 nanomètres d'épaisseur qui peut se déplacer dans un fluide biologique à une vitesse de 15 micromètres par seconde. Les nanoparticules peuvent être adaptées pour administrer des médicaments et utiliser des aimants pour les guider dans la circulation sanguine pour cibler les cellules cancéreuses, par exemple.
- Nanomoteur de fourmi. Des scientifiques de l'Université de Cambridge ont développé un petit moteur capable d'exercer 100 fois son propre poids sur n'importe quel muscle. Les nouveaux nanomoteurs pourraient conduire à des nanorobots suffisamment petits pour pénétrer dans les cellules vivantes et combattre les maladies, selon les scientifiques. Le professeur Jeremy Baumberg des laboratoires Cavendish, qui dirige l'étude, a qualifié l'appareil de «fourmi». Comme une vraie fourmi, elle peut exercer une force plusieurs fois son propre poids.
- Micro-robots par type de sperme. Une équipe de scientifiques de l'Université de Twente (Pays-Bas) et de l'Université allemande du Caire (Egypte) a développé des micro-robots ressemblant à des spermatozoïdes qui pourraient être contrôlés par des champs magnétiques oscillants faibles. Ils pourraient être utilisés pour une micromanipulation sophistiquée et des tâches thérapeutiques ciblées.
- Des robots basés sur des bactéries. Les ingénieurs de l'Université Drexel ont développé un moyen d'utiliser les champs électriques pour aider des robots microscopiques alimentés par des bactéries à détecter et à naviguer entre les obstacles. Les applications incluent l'administration de médicaments, la manipulation de cellules souches pour guider leur croissance ou la construction de microstructures.
- Nano-missiles. Plusieurs groupes de recherche ont récemment construit une version haute vitesse de fusées nanométriques télécommandées en combinant des nanoparticules avec des molécules biologiques. Les scientifiques espèrent développer une fusée capable de fonctionner dans n'importe quel environnement; par exemple, pour administrer un médicament à une zone cible du corps.
Les principaux domaines d'application des nano- et micro-machines
Les possibilités d'application de ces nano- et micro-machines sont pratiquement infinies. Par exemple:
- Traitement du cancer. Identifiez et détruisez les cellules cancéreuses avec plus de précision et d'efficacité.
- Mécanisme de délivrance de médicaments. Créer des mécanismes de distribution de médicaments ciblés pour le contrôle et la prévention des maladies.
- L'imagerie médicale. La création de nanoparticules qui s'accumulent dans des tissus spécifiques puis balaient le corps dans un processus d'imagerie par résonance magnétique (IRM) pourrait révéler des problèmes comme le diabète.
- Nouveaux dispositifs de détection. Avec des possibilités pratiquement illimitées pour régler les caractéristiques de détection et de balayage des nanorobots, nous pourrions découvrir notre corps et mesurer le monde qui nous entoure plus efficacement.
- Périphériques de stockage d'informations. Un bio-ingénieur et généticien de Harvard Wyss a réussi à stocker 5,5 pétabits de données - environ 700 téraoctets - dans un gramme d'ADN, dépassant de mille fois le record précédent de densité de données ADN.
- Nouveaux systèmes énergétiques. Les nanorobots peuvent jouer un rôle dans le développement d'un système plus efficace d'utilisation de sources d'énergie renouvelables. Ou ils pourraient rendre nos machines modernes plus économes en énergie de telle sorte qu'elles aient besoin de moins d'énergie pour fonctionner avec la même efficacité.
- Métamatériaux extra forts. Il y a beaucoup de recherche dans le domaine des métamatériaux. Un groupe du California Institute of Technology a mis au point un nouveau type de matériau constitué de nano-montants similaires à ceux de la tour Eiffel, qui est devenue l'un des plus solides et des plus légers de l'histoire.
- Fenêtres et murs intelligents. Les dispositifs électrochromiques qui changent de couleur de manière dynamique lorsqu'un potentiel est appliqué sont largement étudiés pour une utilisation dans les fenêtres intelligentes écoénergétiques - qui pourraient maintenir la température interne d'une pièce, s'auto-nettoyer, etc.
- Micro éponges pour nettoyer les océans. L'éponge de nanotubes de carbone, qui peut aspirer les polluants de l'eau comme les engrais, les pesticides et les produits pharmaceutiques, est trois fois plus efficace que les options précédentes.
- Réplicateurs. Aussi appelés «assembleurs moléculaires», ces dispositifs proposés peuvent réaliser des réactions chimiques en disposant des molécules réactives avec une précision atomique.
- Capteurs de santé. Ces capteurs pourraient surveiller la chimie de notre sang, nous informer de tout ce qui se passe, détecter des aliments nocifs ou une inflammation dans le corps, etc.
- Connecter nos cerveaux à Internet. Ray Kurzweil pense que les nanorobots nous permettront de connecter notre système nerveux biologique au nuage en 2030.
Comme vous pouvez le voir, ce n'est que le début. Les possibilités sont presque infinies.
La nanotechnologie a le potentiel de résoudre certains des plus grands défis auxquels le monde est confronté aujourd'hui. Ils pourraient améliorer la productivité humaine, nous fournir tous les matériaux, l'eau, l'énergie et la nourriture dont nous avons besoin, nous protéger des bactéries et virus inconnus et même réduire le nombre de raisons de perturber le monde.
Si cela ne suffit pas, le marché de la nanotechnologie est énorme. D'ici 2020, l'industrie mondiale des nanotechnologies atteindra un marché de 75,8 milliards de dollars.
ILYA KHEL