nl.lutums.net / Wat is nanotechnologie - voorbeelden, toekomstige toepassingen en risico's

Wat is nanotechnologie - voorbeelden, toekomstige toepassingen en risico's


In 1959 voorspelde natuurkundige Richard Feynman een toekomst waarin wetenschappers, door het manipuleren van atomen en moleculen, materialen en structuren van hogere sterkte, lichter gewicht, verhoogde controle van het lichtspectrum en grotere chemische reactiviteit kunnen bouwen.

Alles van een fysieke aard - menselijke wezens, planten, mineralen, lucht - bestaat uit combinaties van atomen en moleculen die door vorm of elektronische lading aan elkaar zijn gebonden. Het manipuleren van atomen op een nanoschaal zou theoretisch mensen in staat stellen alles te reproduceren, van diamanten tot voedsel.

Hoewel de voordelen van dergelijke technologie vrijwel ontelbaar zijn, heeft het bij sommigen aanzienlijke bezorgdheid gewekt dat moleculaire manipulatie ongewild meer problemen kan opleveren dan oplossingen - tot en met het uitsterven van de mens. Organisaties zoals Friends of the Earth of Australia, Individuals Tending Toward Savagery in Mexico, en de Organic Consumers Association in America zijn actief tegen elke verdere ontwikkeling van projecten op nanoschaal.

Wat is "schaal" en waarom is het belangrijk?

Nanotechnologie is de wetenschap die zich bezighoudt met de manipulatie van materie op atomaire, moleculaire en supramoleculaire schaal, met andere woorden veel kleiner dan wat het blote oog kan zien. Elke nanometer is één miljardste van een meter - ongeveer de lengte die een vingernagel in één seconde groeit. Om dat in perspectief te plaatsen, is een mensenhaar ongeveer 80.000 tot 100.000 nanometer breed, een rode bloedcel is 2.500 nanometer en een streng menselijk DNA heeft een diameter van 2, 5 nanometer.

Alleen door de ontwikkeling van buitengewone precisie-instrumenten, zoals de scanning tunneling microscope en de atomic force microscope, is nanotechnologie mogelijk geworden. Zijn belofte en risico komen voort uit ons groeiend begrip van de kwantumfysica, die zich bezighoudt met ultrakleine objecten. Verrassend genoeg is het gedrag van stoffen op nanoschaal vaak op grotere schaal in tegenspraak met de eigenschappen ervan.

Stoffen in bulkvorm die geen elektrische lading kunnen dragen - isolatoren - kunnen bijvoorbeeld op nanokaniveau halfgeleiders worden, net zoals smeltpunten en andere fysieke eigenschappen kunnen veranderen. Een aluminiumcoke kan worden vermalen tot een poeder van 20 tot 30 nanometer dat in de lucht spontaan kan ontbranden - een eigenschap waardoor het een raketbrandstofkatalysator wordt. Op dezelfde manier zijn zowel een diamant als het grafiet in een potlood gemaakt van koolstof, maar ze hebben enorm verschillende eigenschappen vanwege de manier waarop de koolstofatomen zich verbinden.

Nano-Terminologie

Aangezien de wetenschap zich heeft uitgebreid in het 'nano'-veld, geldt dit ook voor de terminologie. Hier zijn enkele basisdefinities:

  • Nanotechnologie: elke technologie, inclusief traditionele industriële en chemische processen, die betrekking heeft op structuren tussen één en honderd nanometer, met nieuwe eigenschappen. Nanotechnologiecoatings worden al gebruikt om kleding te maken met vlekbestendige vezels en hoogwaardige zonnebrandcrèmes, bijvoorbeeld.
  • Nanofactories: op een nanoschaal is elke productiemethode gewoon een methode voor het rangschikken van atomen. Ook wel 'molecular assemblers' genoemd, nanofactories zijn kleine productie-eenheden van het gesloten systeem die reactieve moleculen manoeuvreren, combineren en manipuleren om complexe fysieke en biologische structuren te bouwen - van mineralen tot menselijke organen en botten. Een enkele menselijke cel is het perfecte voorbeeld van een biologische moleculaire productie-eenheid, of nanofactor, die digitaal genetisch materiaal (DNA) leest om het proces van combinatie te begeleiden. John Burch van het Foresight Institute voorspelt dat toepassingen van biologische moleculaire engineering en productie snel moeten uitbreiden en evolueren tegen het midden van de 21e eeuw.
  • Nanobots: dit zijn producten van nanofactories, maar er wordt niet verwacht dat ze zelfreplicerend of gericht zijn. Nanobots vallen op het snijvlak van nanotechnologie en robotica en zijn op dit moment meer science-fiction dan wetenschap. Er zijn echter zeker intrigerende mogelijkheden voor hun gebruik, vooral in menselijke lichamen. Sommige futuristen voorspellen dat nanobots op een dag in staat zullen zijn om door de bloedbaan te reizen om specifieke zieke cellen te zoeken en te behandelen. Een voorbeeld is een nanobot die alleen kanker van een bepaald type aanvalt en vernietigt.

Huidig ​​en toekomstig gebruik van nanotechnologie

Volgens de Society of Toxicology produceren de ontwikkelingen in de nanotechnologie al verschillende nieuwe materialen. Ze passen ook oude materialen aan, zoals koolstof, waardoor ze "een groot potentieel hebben om consumenten- en industriële producten te verbeteren, kritieke energiebehoeften aan te pakken, beveiligingssystemen te verbeteren en het medische veld te verbeteren."

Koolstofnanobuisjes - stel je voor dat een vel koolstofatomen is opgerold - verschijnen nu in consumentenproducten zoals tennisrackets en golfclubs. Ze vertonen 200 keer de sterkte en vijf keer de elasticiteit van staal, vijf keer de elektrische geleidbaarheid van koper en de helft van de dichtheid van aluminium. Bovendien roesten ze niet, ze degraderen niet van straling, ze breiden zich niet uit of krimpen niet samen met temperatuurveranderingen. In dit opzicht wordt de aantrekkingskracht van hun toepassing in producten zoals auto's en vliegtuigen vrij duidelijk.

Het Project on Emerging Nanotechnologies op Virginia Tech somt meer dan 1.790 bestaande consumentenproducten op die geschikt zijn voor nano, waaronder katoenen lakens, ontvetters, golfschachten, verf en cosmetica. Sommige wetenschappers hebben zelfs voorspeld dat zonnecellen uiteindelijk kunnen worden ontwikkeld met een dergelijke duurzaamheid en tegen zo lage kosten dat ze kunnen worden gebruikt in dakbedekking, trottoirs en wegen, waardoor plaats wordt gemaakt voor een niet-vervuilende, overvloedige en goedkope energievoorziening.

Specifieke voorbeelden van bestaande producten die nanotechnologie gebruiken, zijn onder meer:

  • Mineralwater-systeem van Seldon Technologies is een koolstofnanobuisfiltratie-apparaat dat ziekteverwekkers en verontreinigingen zoals virussen, bacteriën, cysten en sporen verwijdert om drinkwater te leveren dat de USEPA-drinkwaterstandaard overschrijdt.
  • De koolstofnanobuisinkt van Linde Electronics is voor displays, sensoren en elektronische apparaten zoals een smartphone met een roll-up scherm of een doorzichtig GPS-apparaat ingebed in de voorruit van een auto.
  • Zonnebrandproducten die nanodeeltjes van titaniumdioxide of zinkoxide bevatten reflecteren of absorberen kankerverwekkend ultraviolet licht. Deze producten zijn onzichtbaar en gaan langer mee en hebben minder irriterende en allergene materialen dan traditionele zonnebrandmiddelen.
  • Veel vrij verkrijgbare verbanden bevatten nu nanodeeltjes zilver die infecties rond snijwonden en schaafwonden voorkomen, waarbij de antibiotische zalf effectief wordt gemengd met het verband.
  • Antibacteriële zwembadvloeistoffen. Deze zijn effectiever in het bestrijden van schadelijke bacteriën en verminderen de blootstelling van zwemmers aan de agressieve chemicaliën van eerdere producten.

Zoals geprojecteerd door het Foresight Institute, zou de dagelijkse voordelen van een verhoogde beschikbaarheid van nanofactories het volgende omvatten:

  • Medische Nanorobots die ziekten genezen en achteruit verouderen . Robert Freitas, Senior Research Fellow bij het Institute for Molecular Manufacturing, projecteert in zijn Nanomedicine Book Series een toekomst waarin medische nanorobots worden geïntroduceerd in het menselijk lichaam om cellulaire en microscopische operaties uit te voeren, specifieke verwondingen te herstellen en het lichaam te patrouilleren om ziekte te identificeren en te weerstaan . Op de website van het Institute for Ethics & Emerging Technologies beschreef Burch een scenario waarin een ingenomen pil moleculaire materialen zou voorzien van instructies voor nanobots om nieuwe neuronen te vormen ter vervanging van beschadigde of stervende hersencellen. Deze nieuwe hersencellen zouden informatie veel sneller verwerken dan een biologisch brein, net zoals een kunstledemaat sterker kan zijn dan een menselijke arm of been.
  • Lagere kosten van gefabriceerde producten . Basiskosten zullen dalen tot de waarde van grondstoffen zoals koolstof, stikstof en zuurstof en de energie die nodig is om nanofabrieken te bedienen. Stel je een auto voor die gebouwd is van koolstofvezels en gemaakt in nanofactories - in plaats van met materialen die mijnbouw, verwerking en configuratie vereisen. Theoretisch kan vrijwel elk materiaal of object van onderop worden samengesteld door een combinatie van nanofactories. Grootschalige resultaten komen voor wanneer gelijktijdige en synergetische nanoschaalprocessen worden gecombineerd. Eric Drexler, een Amerikaanse ingenieur die bekend staat om het populariseren van nanotechnologie, voorspelt een toekomst van desktopfabrieken die grote, nuttige producten maken, vergelijkbaar met de "replicator" van de "Star Trek" -bekendheid. In feite kondigde Nestle's Institute of Health Sciences in juni 2014 een nieuw project aan dat uiteindelijk kan leiden tot een 'keukenmachine die op maat gemaakte supplementen kan maken - of zelfs eten'.
  • Ontwikkeling van kunstmatige algemene intelligentie (AGI) . Volgens Foresight Institute zullen nanofactories machinesystemen voor engineering en technisch werk omvatten die op hun beurt computers zullen maken die duizenden malen krachtiger en goedkoper zijn dan de huidige computers. Omdat machines kennis van de ene toepassing of omgeving naar de andere leren en overbrengen, worden snelle vorderingen waarschijnlijk. Er is echter enige vraag hoe snel AGI kan worden bereikt. Sinds 1990 is er een prijs van $ 100.000 beschikbaar voor iedereen wiens machine onafhankelijke juryleden voor de gek kan houden door te denken dat het menselijk is terwijl ze in een vrij vormgevend gesprek bezig zijn. De prijs moet nog worden toegekend.
  • Eliminatie van industriële chemische vervuiling . Aangezien elk atoom in de biologische voedselvoorraad wordt gebruikt in het eindproduct, of wordt gericht op correct verpakt afval, worden er geen vervuilende atomen in de omgeving vrijgegeven. Natuurlijke steenkool produceert bijvoorbeeld verontreinigende stoffen zoals zwaveldioxide, stikstofoxiden, fysische deeltjes in de lucht en kwik bij verbranding. Het bouwen van een kunstmatige brandstof die bijproducten elimineert, of deze omzet in een niet-schadelijke vorm, zou gezonder en goedkoper zijn.

De risico's en risico's van nanotechnologie

Zelfs voorstanders van nanotechnologie, zoals Burch en Drexler, erkennen het potentieel om het menselijk ras te schaden en mogelijk te vernietigen als de technologie ongecontroleerd of verkeerd gericht is. Deze mogelijk schadelijke effecten zijn de volgende:

  • Overbevolking . Het sterftecijfer voor mensen ouder dan 80 jaar is sinds de jaren zestig met ongeveer 1, 5% per jaar gedaald. Robert Freitas, Jr. suggereert dat de vooruitgang in de nanotechnologie alle genetische ziekten en langzame veroudering zal elimineren, "het verhogen van de menselijke gezondheid minimaal tien keer." Als de toename van de levensduur de geboorten niet verlaagt, zou het menselijk ras exponentieel groeien, de sociale spanningen verergeren en mogelijk uitputtend zijn middelen.
  • Toename van criminaliteit en terrorisme . Chemische en biologische wapens kunnen dodelijker en gemakkelijker te verbergen of te volgen worden, vooral als ze beschikbaar komen op de zwarte markt of kunnen worden gebouwd in een thuisfabriek. Nanofactories zouden theoretisch een intelligent antipersoneelswapen ter grootte van een insect kunnen produceren dat in staat is om een ​​dodelijke dosis botulisme te dragen. Het aantal van dergelijke wapens die in staat zijn om elk menselijk wezen op de planeet te doden, zou in een enkele koffer kunnen worden verpakt.
  • Verschillen tussen Haves en Have-Nots . Ontwikkelingen op het gebied van nanotechnologie zullen waarschijnlijk aanvankelijk duur zijn en bijgevolg worden beschermd door lagen van patenten, wetten en concurrentiebelemmeringen. Dienovereenkomstig zijn de voordelen van lagere kosten waarschijnlijk beperkt tot de eigenaars van de technologie. Armoede en inkomensongelijkheid kunnen overdreven worden, waardoor sociale onrust ontstaat.
  • Conflicten over religieuze overtuigingen en leefstijlen . Over de hele wereld worden producten verboden of beperkt op basis van religieuze of morele principes die niet noodzakelijk door de meerderheid worden gedeeld. Voorbeelden hiervan zijn wapens in Groot-Brittannië, alcohol in islamitische samenlevingen en recreatieve drugs in verschillende landen. Het vermogen om verboden producten te produceren in persoonlijke nanofactories kan verstoring in die samenlevingen veroorzaken.
  • Uiterlijk van "Grey Goo . " Sommige wetenschappers vrezen dat zelfreplicerende nanofactoren kunnen ronddraaien en de biosfeer kunnen opeten in een uitzinnige poging om een ​​onbeperkt aantal kopieën van zichzelf te maken. Net zoals antisociaal gedrag onweerstaanbaar is voor een bepaald percentage van de bevolking - zoals blijkt uit het aantal bestaande computervirussen - zullen onverantwoordelijke mensen en groepen waarschijnlijk zelf-replicerende nanofactories maken, waardoor de kans op een ramp groter wordt.

Laatste woord

Steve Jurvetson, managing director van de durfkapitaalfirma Draper Fisher Jurvetson, beweert dat de toekomst van nanotechnologie geen kwestie is van "als", maar eerder "wanneer". Josh Wolfe, mede-oprichter van Lux Capital en redacteur van Forbes / Wolfe Nanotech Report is het daarmee eens en zegt dat alles - kleding, voedsel, auto's, huisvesting, medicijnen, communicatieapparaten, de lucht die we inademen en het water dat we drinken - een "ingrijpende en fundamentele verandering zal ondergaan. En als een resultaat, zo zal de socio-economische structuur van de wereld. "

Zal nanotechnologie de "steen der wijzen" zijn die in staat is om elke wens uit te laten komen, of de opening van de doos van Pandora, onvoorstelbare ontberingen en verschrikkingen op het menselijk leven los te maken zoals wij dat kennen?


Vrije kasstroomdefinitie en -berekening voor het evalueren van aandelen

Vrije kasstroomdefinitie en -berekening voor het evalueren van aandelen

Met duizenden dividendbetalende 'blue chip'-aandelen op de markt, hoe kun je erachter komen welke slimme investeringen zijn? Weet u waar u op moet letten om te beoordelen of een bedrijf al dan niet dividenden kan betalen?Als het gaat om snelgroeiende bedrijven die geen dividend uitkeren, kunt u dan bepalen of hun groeistrategie hun budget overschrijdt

(Geld en zaken)

Moet ik een griepprik krijgen?  - Effectiviteit, kosten en bijwerkingen

Moet ik een griepprik krijgen? - Effectiviteit, kosten en bijwerkingen

We hebben het allemaal gehad: een pijnlijk lichaam, een zere keel, misselijkheid, koorts en koude rillingen. Het gevreesde griepseizoen staat voor de deur! Bah.Griep krijgen is vreselijk. Je voelt je niet alleen vreselijk, maar het kan ook veel geld kosten. Misschien moet je werk of school missen en naar de dokter gaan

(Geld en zaken)