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”.

Добавить комментарий

Your email address will not be published.

Default thumbnail
Previous Story

Сухі нанотехнології та мокрі нанотехнології

Default thumbnail
Next Story

Філософський аспект нанотоехнологій

Latest from Нанотехнології

Default thumbnail

Нанороботи

Багато експертів схильні відраховувати історію мікротехнологій від знаменитої лекції Нобелівського лауреата Річарда