Сучасні нанотехнологічні розробки

Главная » Каталог статей » Статьи на украинском » Нанотехнології » Сучасні нанотехнологічні розробки

33

Існуючі розробки не можна назвати нанороботами в повному змісті цього слова, але мікророботи є гідними макроскопічними моделями.

У Массачусетському технологічному інституті зараз розробляється серія мікророботів під загальною назвою NanoWalkers («наноскороходи»). Деякі з них обладнані голками-пробниками сканувального тунельного мікроскопа для відображення і підштовхування атомів. Інші — щупами атомно-силового мікроскопа для роботи з непровідними матеріалами. Треті — мікроманіпуляторами для переміщення і складання деталей мікронного розміру, а згодом і атомів. Попутно створюється набір інструментів для наномасштабного напилювання, травлення, обробки і формування зображення. Здатні стрімко переміщатися, роботи-складальники черпають енергію з електрично зарядженої робочої поверхні, утвореної перемежованими смугами різної електричної полярності. Зв’язок з мікророботами здійснюється через інфрачервону систему, монтовану на верхівці їхнього корпуса. Цифрова ПЗЗ-камера стежить за переміщенням і місцезнаходженням роботів, направляючи їх до потрібного місця, а потім вступає в дію система тонкого позиціонування, що наводить пробники-маніпулятори на конкретні молекули або атоми.

Перевага подібної концепції в тому, що замість того щоб послідовно проводити об’єкт складання через техпроцеси, щораз пересуваючи і заново позиціонуючи мікроскопічний вузол, система дозволяє тримати його на одному місці, а рухаються нехай недорогі мобільні мікророботи, керовані комп’ютером. Треба сказати, що індустрія, яка звикла до конвеєрного виробництва, нову концепцію сприймає з труднощами.

П’єзокерамічні ніжки, за допомогою яких роботи NanoWalker переміщаються, можуть гнутися усередину і назовні, подовжуватися і коротшати, у залежності від форми прикладеного електричного сигналу. Роблячи близько 18 тисяч дрібних кроків у секунду, роботи здатні носитися набагато швидше, скажемо, тарганів, ( які роблять близько 13 дрібних кроків у секунду), причому різним «алюром» — або дріботіти малюсінькими кроками по 2 нанометри, або одним махом покривати по 50 мікрон за раз. Поки що в МТІ зосередилися на тому, щоб навчити своїх роботів рухатися плавно й інтегрувати в роботу найтонші вістря сканувальних і атомно-силових мікроскопів.

Деякі дослідницькі центри, які не прагнули за будь-яку ціну зробити мікророботів автономними, домоглися успіху в рішенні інших задач. Так, у німецькому університеті Карлсру є керовані по проводах роботи вже діють на предметних столиках оптичних мікроскопів і у вакуумних камерах сканувальних електронних мікроскопів. Вони справляються з такою справою, як складення оптичних систем мікронного масштабу або захоплення і переносення окремих біологічних клітин. Безперечно менш моторні, ніж NanoWalker, і призначені для маніпулювання більш великими об’єктами, німецькі роботи MINIMAN (від Miniaturized Robot for Micromanipulation) оперують такими інструментами, як мікрозатискачі і мікропіпетки.

Після того, як керуючий роботом оператор клацає покажчиком мишки на зображення конкретної клітини на моніторі, робот, відомий комп’ютеризованою системою зору, знаходить саме цю клітину, акуратно засмоктує її в мікропіпетку, переносить в інше місце і випускає. При іншому сценарії два роботи, які працюють разом, можуть притримувати клітину і впорскувати в неї розчин медикаменту або барвника. Подібні операції вже так відточені, що на їх виконання потрібна буквально секунда. Трохи інший апарат MINIMAN III здатний складати і набудовувати систему з 1- і 2-міліметрових роботів, причому оператор втручається в процес складання лише один раз. Поки що багато деяких з освоюваних роботами операцій автоматизовані лише частково, однак згодом усі роботи будуть здійснюватися без участі людини. Розробка мікророботів MINIMAN ведеться разом інститутами Німеччини, Швеції, Іспанії, Великобританії й Італії. Їм сприяють голландська фірма Philips Bedrijven і німецька Kammrath & Weiss.

Серед великомасштабних розроблювачів MEMS — фірма Intel, відома своїми процесорними і мережними рішеннями. Свій інтерес до технології вона пояснює прагненням розробити інтегровану одну мікросхему. Застосування нанотехнологій з багаторівневою структурою чипа і механічними мікроперемикачами MEMS дозволило б на порядок зменшити геометричну величину, вартість, енергоспоживання, тепловиділення, внутрішні флуктуаційні ефекти і т.д. Представники Intel наводять приклад з радіо, всі аналогові і цифрові компоненти якого будуть виконані на одному кристалі. Причому радіо повинно бути універсальним, тобто працювати з усіма стандартами: GSM, GPRS, Bluetooth, 802.11a, 802.11b і так далі. Завдяки інтегрованості, радіо буде настільки простим, що його вдасться використовувати не тільки для зовнішньої комунікації, але і для внутрішньої — наприклад, між окремими чипами в комп’ютері. Якщо такі універсальні радіоелементи будуть зроблені, їм знадобляться механічні частини, що рухаються, для перемикання кіл. На тому ж кристалі повинні бути й аналогові компоненти передавача і приймача [201].

Білкові молекули збільшать ємність вінчестерів у сотні разів

Фахівці британської компанії Nanomagnetics заявляють, що використання звичайних білкових молекул при створенні магнітних наночастинок дозволить підвищити ємність носіїв цифрової пам’яті в сотні разів.

За допомогою молекул білка апоферитина, основного типу молекул, за допомогою яких залізо утримується в організмі, їм удалося створити матеріал, який складається з магнітних частинок діаметром усього кілька нанометрів. Кожна така частинка може зберігати один біт інформації. Якщо розташувати їх на поверхні твердого диска, удасться підвищити щільність запису в багато разів у порівнянні із теперішніми показниками.

Розробка матеріалу ще продовжується. Молекула білка апоферитина являє собою сферу зовнішнім діаметром близько 12 нанометрів, порожнє ядро якої має діаметр близько 8 нанометрів. Якщо в ядрі знаходиться залізо, молекулу називають феритином.

Розроблений у Nanomagnetics технологічний процес дозволяє спочатку видалити з феритина атоми заліза за допомогою розчину кислоти, а потім, за допомогою іншого розчину, ввести в порожнє ядро молекули платиновий-кобальто-платиновий сплав, який має магнітні властивості. Розчин білка, що одержав назву Datalnk, розпорошується по поверхні твердого диска, після чого піддається тепловому впливові. Це дає початок процесові самоорганізації, у результаті якого на поверхні диска утвориться щільно упакований моношар магнітних частинок. Крім того, під дією нагрівання сама білкова оболонка перетворюється у вуглець.

В цей момент дана технологія дозволяє записати одній поверхні диска до 450 ГБ. Фахівці думають, що в перспективі цей показник удасться довести до 3000 ГБ, однак самі розроблювачі сподіваються досягти щільності запису в 5000 ГБ. Уже ведеться розробка засобів зчитування і запису даних на диск із покриттям з Datalnk.

За допомогою нанотехнологій звичайний папір можна перетворити в дисплей

Дослідники з Південної Австралії використовують нанотехнологію для створення речовин, що, як вони сподіваються, приведуть до створення цифрового паперу.

Дослідження ведуться в інституті Ian Wark Research Institute, спеціальному науково-дослідному центрі Ради наукових досліджень Австралії при Південно-Австралійському університеті елементарних частинок і матеріалів. Інститут займається створенням поверхневих покритів товщиною буквально в кілька молекул, що додають існуючим матеріалам корисні властивості. Наприклад, в інституті створене антиінфекційне покриття для імплантованих протезів. Не змінюючи властивості протеза, покриття істотно знижує імовірність занесення інфекції або відторгнення [202].

Доктор Джон Рапстон, директор інституту і професор фізичної хімії, стверджує, що дослідники збирають свої речовини буквально молекула за молекулою. В наш час цей метод використовується для створення самоочисного скла, яке при стимулюванні електричним струмом відштовхує пил. За словами доктора Ралстона, дослідження цієї речовини можуть привести і до створення цифрового паперу. «На папір можна нанести покриття, товщиною набагато менше мікрона, — пояснює він. — При стимулюванні він буде самоочищатися, підготовлюючись до повторного використання. А якщо речовину розташувати у вигляді ґрат з пікселів, то можна створити паперовий дисплей».

Ралстон не називає точних термінів створення цифрового паперу, але упевнений, що змодельовані поверхні почнуть уживатися для цієї мети максимум через 20 років, а може бути, і вже через 2 роки. «Концептуально ми розуміємо, що для цього потрібно, — говорить він. — Основні принципи вже перевірені, і тепер розробляється базова теорія».

Оставьте комментарий к статье