Муниципальное общеобразовательное учреждение лицей №3  города Галича Костромской области

 

 

 

 

 

 

 

 

Итоговый индивидуальный проект  «Нанотехнологии - трамплин в будущее человечества»

 

 

 

 

 

 

 

 

Выполнил: Черепов Сергей, учащийся 9г класса Научный руководитель:

Сизова Ольга Николаевна, учитель музыки

высшей квалификационной категории

 

 

 

 

 

 

 

Галич

2020

Содержание

 

I.            ВВЕДЕНИЕ ............................................................................................................... 3

II.         ГЛАВА. ТЕОРИЯ ВОЗНИКНОВЕНИЯ И РАЗВИТИЯ

НАНОТЕХНОЛОГИЙ ................................................................................................................ 4

                     2.1.          ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ НАНО_{ТЕХНОЛОГИЙ} ......................................................... 4

2.1.1.  Что такое «нано» ............................................................................................ 4

2.1.2.  Откуда всё началось? .................................................................................... 5

                     2.2.         РЕДКИЕ ФАКТЫ В НАНОТЕ_{ХНОЛОГИЯХ}. ........................................................... 7

2.2.1.  Эффект лотоса. ............................................................................................... 7

2.2.2.  Полезная пыль. .............................................................................................. 7

2.3.    Н_{АНОТЕХНОЛОГИИ В} Р_ОССИИ .............................................................................. 8

2.4.    ОБЛАСТЬ ПРИМЕ_{НЕНИЯ НАНОТЕХНОЛОГИЙ}. ....................................................... 9

2.4.1.       Наноматериалы в строительстве ............................................................... 9

2.4.2.       Наноматериалы в промышленности ......................................................... 9

2.4.3.       Наномедицина и химическая промышленность ..................................... 9

2.4.4.       Военные нанотехнологии. .......................................................................... 11

2.4.5.       Нанотехнологии в искусстве ................................................................... 11

                     2.5.              Б_{УДУЩЕЕ НАНОТЕХНОЛОГИЙ} ........................................................................ 12

2.5.1.  Проблемы и перспективы ......................................................................... 12

2.5.2 Анализ положительных и отрицательных воздействий ....................... 13

III.     ГЛАВА. НАНОТЕХНОЛОГИИ И ОБЩЕСТВЕННОЕ МНЕНИЕ ............. 14

ВЫВОДЫ ........................................................................................................................ 14

ЗАКЛЮЧЕНИЕ ............................................................................................................. 15

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ ............................................................................................ 16

ПРИЛОЖЕНИЯ ............................................................................................................. 17

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                I.       Введение 

 

Из истории следует, что человечество всегда стремилось к прогрессу и с древних времён искало способы лечить болезни и продлевать жизнь. Люди пытались излечивать болезни разными способами - если в XX веке умели решать проблемы на клеточном уровне, то в наше время уже научились решать их на атомном и молекулярном. 

В настоящее время мире происходит технологическая революция, связанная развитием и выходом на рынок нанотехнологий, т. е. переход к использованию наночастиц, размеры которых не превышают 100 нм. Это ведет нас в наномир - мир высокоэффективных технологий, «умных» материалов, новых приборов, лекарственных веществ, инновации в котором могут дать новые знания, достижения во многих отраслях науки промышленности.

Интересно уже то, с какими размерами приходится иметь дело. 1 нанометр равен миллионной доле миллиметра. То, что раньше человеческое воображение могло только рисовать, теперь можно увидеть и «потрогать» — это я про атомы и молекулы. Наночастицы нельзя описать и исследовать привычными методами. Но они есть, с этим приходится считаться — и люди пытаются взглянуть на наномиры под различными углами, изучить их. Нанотехнологии — неисчерпаемый источник тем для любых научных исследований.

Впервые о нанотехнологиях заговорил Ричард Филипс Фейнман, в 1959 году высказав мысль о возможности манипулирования веществом на уровне атомов. Позже были изобретены туннельный и атомно-силовой микроскопы, позволяющие видеть отдельные атомы и манипулировать ими. Итогом этих открытий послужил труд Дрекслера, который рассмотрел возможность сборки частиц и молекул. Нанотехнологии имеют тесную связь не только с медициной, но и с электроникой, военным делом и даже бытом людей. 

Нанотехнологии - высокотехнологичная отрасль, работающая с отдельными атомами и молекулами. Такая сверх точность позволяет на качественно новом уровне использовать законы природы на благо человека. Разработки в области нанотехнологий находят применение практически в любой отрасли: в медицине, машиностроении, промышленности, сельском хозяйстве, биологии, электронике, экологии. С помощью нанотехнологии возможно осваивать космос, очищать нефть, победить многие вирусы, создавать роботов, защищать природу, построить сверхбыстрые компьютеры. 

Можно сказать, что развитие нанотехнологий в XXI веке изменит жизнь человечества больше, чем освоение письменности, паровой машины или электричества. Наномир сложен и пока еще сравнительно мало изучен, и все же не столь далек от нас, как это казалось несколько лет назад. 

В своей работе я постараюсь популярно объяснить сущность нанотехнологий и рассказать о достижениях в этой отрасли науки. Так как считаю ее наиболее актуальной и востребованной на сегодняшний день. 

Актуальность данной темы обусловлена значимостью нанотехнологий в нашей жизни и мировом обществе и влияние их на развитие будущего.

 

Гипотеза: нанотехнологии – это прорыв в будущее.

Объект исследования: нанотехнологии.

Предмет исследования: сферы применения, возможности и перспективы нанотехнологий.

 

Цель: определение значимости нанотехнологий для человека и общества.

Задачи:

•      Расширить свои знания о нанотехнологиях;  Раскрыть понятие нанотехнологии. 

•      Изучить историю возникновения нанотехнологий.

•      Узнать, особенности применения нанотехнологий.

•      Изучить проблемы и перспективы будущего нанотехнологий

•      Провести анализ положительных и отрицательных воздействий данной технологии при использовании их в строительстве, машиностроении, энергетике, в атомной и электропромышленности.

•      Изучить отношение общества к нанотехнологиям. 

•      Провести анкетирование среди учеников.

•      Провести эксперимент.

Проектный продукт: мультимедийный продукт (презентация).

В дальнейшем презентация может быть использована на уроках обществознания в 8-11 классах, предметах естествознания, во внеурочной деятельности.

Методы исследования: поиск и анализ информации, анкетирование, эксперимент, оформление работы, создание презентации. Анализ информационных источников:

Отправной точкой моего исследования стал фильм «Я, робот», в котором показали «возможности» нанотехнологий в будущем.

Для расширения и углубления полученных знаний я обратился к учителю, которая посоветовала осуществить поиск ссылок на другие книги и статьи по теме исследования в Интернете. С помощью преподавателя в информационной сети были найдены материалы о нанотехнологиях.

Поиск и обработка найденной информации заняли большую часть времени исследования. Проблемы, с которыми пришлось столкнуться:  немногочисленность источников,

 отрывочность сведений.

 

                II.     Глава. Теория возникновения и развития нанотехнологий

 

                2.1.    История развития нанотехнологий 

 

2.1.1. Что такое «нано»

«Нано» - приставка, которая показывает, что исходная величина должна быть уменьшена в миллиард раз, т. е. поделена на единицу с девятью нулями — 1 000 000 000. Например, 1 нанометр — это миллиардная часть метра (1 нм = 10–9 м). Чтобы представить себе, насколько мал 1 нм, выполним следующий мысленный эксперимент. Если мы уменьшим диаметр нашей планеты (12 750 км = 12,75 × 106 м ≈ 107 м) в 100 миллионов (108) раз, то получим примерно 10–1 м. Это размер, приблизительно равный диаметру футбольного мяча (стандартный диаметр футбольного мяча — 22 см, но в наших масштабах такая разница несущественна; для нас 2,2 × 10–1 м ≈ 10–1 м). Теперь уменьшим диаметр футбольного мяча в те же 100 миллионов (108) раз, и вот только теперь получим размер наночастицы, равный 1 нм (приблизительно диаметр углеродной молекулы фуллерена C60, по своей форме похожего на футбольный мяч) (приложение 1).

Примечательно, что приставка «нано» использовалась в научной литературе довольно давно, но для обозначения далеко не нанообъектов. В частности для объектов, размер которых в миллиарды раз превышает 1 нм — в терминологии динозавров. Нанотиранозаврами (nanotyrranus) и нанозаврами (nanosaurus) называются карликовые динозавры, размеры которых составляют соответственно 5 и 1,3 м. Но они действительно «карлики» по сравнению с другими динозаврами, размеры которых превышают 10 м (до 50 м), а вес может достигать 30–40 т и более. Этот пример подчеркивает, что сама по себе приставка «нано» не несет физического смысла, а лишь указывает на масштаб.

Но теперь с помощью этой приставки обозначают новую эру в развитии технологий, называемых иногда четвертой промышленной революцией, — эру нанотехнологий.

 

2.1.2. Откуда всё началось?

Отцом нанотехнологии можно считать греческого философа Демокрита. Примерно в 400 г. до н.э. он впервые использовал слово "атом", что в переводе с греческого означает "неделимый", для описания самой малой частицы вещества. 

В 1661 году ирландский химик Роберт Бойль опубликовал статью, в которой раскритиковал утверждение Аристотеля, согласно которому все на Земле состоит из четырех элементов - воды, земли, огня и воздуха. Бойль утверждал, что все состоит из "корпускул" - сверхмалых деталей, которые в разных сочетаниях образуют различные вещества и предметы.

1905 год. Швейцарский физик Альберт Эйнштейн опубликовал работу, в которой доказывал, что размер молекулы сахара составляет примерно 1 нанометр. 

1931 год. Немецкие физики Макс Кнолл и Эрнст Руска создали электронный микроскоп, который впервые позволил исследовать нанообъекты. 

1959 год. Американский физик Ричард Фейнман (приложение 2) впервые прочел лекцию на годичном собрании Американского физического общества, которая называлась «Внизу полным-полно места» (англ. «There’s Plenty of Room at the Bottom»). Он обратил внимание на проблемы миниатюризации, которая в то время была актуальна и в физической электронике, и в машиностроении, и в информатике. Эта работа считается некоторыми основополагающей в нанотехнологии, но некоторые пункты этой лекции противоречат физическим законам. 

Ричард Фейнман предположил, что возможно механически перемещать одиночные атомы при помощи манипулятора соответствующего размера, по крайней мере, такой процесс не противоречил бы известным на сегодняшний день физическим законам (приложение 3).

Этот манипулятор он предложил делать следующим способом. Необходимо построить механизм, создававший бы свою копию, только на порядок меньшую. Созданный меньший механизм должен опять создать свою копию, опять на порядок меньшую и так до тех пор, пока размеры механизма не будут соизмеримы с размерами порядка одного атома. При этом необходимо будет делать изменения в устройстве этого механизма, так как силы гравитации, действующие в макромире, будут оказывать все меньшее влияние, а силы межмолекулярных взаимодействий и Ван-дер-Ваальсовы силы будут все больше влиять на работу механизма.

Последний этап – полученный механизм соберёт свою копию из отдельных атомов. Принципиально число таких копий неограниченно, можно будет за короткое время создать произвольное число таких машин. Эти машины смогут таким же способом, поатомной сборкой, собирать макровещи. Это позволит сделать вещи на порядок дешевле – таким роботам (нанороботам) нужно будет дать только необходимое количество молекул и энергию, и написать программу для сборки необходимых предметов. До сих пор никто не смог опровергнуть эту возможность, но и никому пока не удалось создать такие механизмы. В ходе теоретического исследования данной возможности появились гипотетические сценарии конца света, которые предполагают, что нанороботы поглотят всю биомассу Земли, выполняя свою программу саморазмножения (так называемая «серая слизь» или «серая жижа»).

1968 год. Альфред Чо и Джон Артур, сотрудники научного подразделения американской компании Bell, разработали теоретические основы нанотехнологии при обработке поверхностей. 

1974 год. Японский физик Норио Танигучи на международной конференции по промышленному производству в Токио ввел в научный оборот слово «нанотехнологии».

Танигучи использовал это слово для описания сверхтонкой обработки материалов с нанометровой точностью, предложил называть ним механизмы, размером менее одного микрона. При этом были рассмотрены не только механическая, но и ультразвуковая обработка, а также пучки различного рода (электронные, ионные и т.п.). 

1982 год. Германские физики Герд Бинниг и Генрих Рорер создали специальный микроскоп для изучения объектов наномира. Ему дали обозначение СЗМ (Сканирующий зондовый микроскоп). Это открытие имело огромное значение для развития нанотехнологий, так как это был первый микроскоп, способный показывать отдельные атомы (СЗМ) (приложение 4).  

1985        год. Американский физики Роберт Керл, Хэрольд Крото и Ричард Смэйли создали технологию, позволяющую точно измерять предметы, диаметром в один нанометр. 

1986        год. Нанотехнология стала известна широкой публике. Американский футуролог Эрк Дрекслер, пионер молекулярной нанотехнологии, опубликовал книгу «Двигатели созидания», в которой предсказывал, что нанотехнология в скором времени начнет активно развиваться, постулировал возможность использовать наноразмерные молекулы для синтеза больших молекул, но при этом глубоко отразил все технические проблемы, стоящие сейчас перед нанотехнологией. Чтение этой работы необходимо для ясного понимания того, что могут делать наномашины, как они будут работать и как их построить. 

1989 год. Дональд Эйглер, сотрудник компании IBM, выложил название своей фирмы атомами ксенона (приложение 5).  

1998        год. Голландский физик Сеез Деккер создал транзистор на основе нанотехнологий. 

1999        год. Американские физики Джеймс Тур и Марк Рид определили, что отдельная молекула способна вести себя так же, как молекулярные цепочки. 

2000        год. Администрация США поддержала создание Национальной Инициативы в Области Нанотехнологии. Нанотехнологические исследования получили государственное финансирование. Тогда из федерального бюджета было выделено $500 млн. 2001 год. Марк Ратнер считает, что нанотехнологии стали частью жизни человечества именно в 2001 году. Тогда произошли два знаковых события: влиятельный научный журнал Science назвал нанотехнологии – «прорывом года», а влиятельный бизнес-журнал Forbes – «новой многообещающей идеей». Ныне по отношению к нанотехнологиям периодически употребляют выражение «новая промышленная революция». 

В 2003 г. правительство Великобритании обратилось в Royal Society и Royal Academy of Engineering с просьбой высказать свое мнение о необходимости развития нанотехнологий, оценить преимущества и проблемы, которые может вызвать их развитие. Такой доклад под названием «Nanoscience and nanotechnologies: opportunities and uncertainties» появился в июле 2004 г., и в нем, насколько нам известно, впервые были даны отдельно определения нанонауки и нанотехнологий:

Нанонаука — это исследование явлений и объектов на атомарном, молекулярном и макромолекулярном уровнях, характеристики которых существенно отличаются от свойств их макроаналогов.

Нанотехнологии — это конструирование, характеристика, производство и применение структур, приборов и систем, свойства которых определяются их формой и размером на нанометровом уровне.

Таким образом, под термином «нанотехнология» понимается совокупность технологических приемов, позволяющая создавать нанообъекты и/или манипулировать ими. Остается только дать определение нанообъектам. 

Для начала приведем формальное определение, наиболее широко используемое в настоящее время:

Нанообъектами (наночастицами) называются объекты (частицы) с характерным размером в 1–100 нанометров хотя бы по одному измерению.

Поэтому в приведенных выше определениях нанонауки и нанотехнологий наиболее существенным является указание на то, что «настоящее нано» начинается с момента появления новых свойств веществ, связанных с переходом к этим масштабам и отличающихся от свойств объемных материалов. То есть существеннейшим и важнейшим качеством наночастиц, основным отличием их от микро- и макрочастиц является появление у них принципиально новых свойств, не проявляющихся при других размерах.

То, что теперь называют нанообъектами, нанотехнологиями, если угодно, человек давно использовал в своей жизни. Один из наиболее ярких примеров (в прямом и переносном смыслах) — это разноцветные стекла. Например, созданный еще IV веке н. э. кубок Ликурга, хранящийся в Британском музее, при освещении снаружи — зеленый, но если освещать его изнутри — то он пурпурно-красный. Как показали недавние исследования с помощью электронной микроскопии, этот необычный эффект обусловлен наличием в стекле наноразмерных частиц золота и серебра. Поэтому можно смело утверждать, что кубок Ликурга сделан из нанокомпозитного материала.

Как выясняется теперь, в Средние века металлическую нанопыль часто добавляли в стекло для изготовления витражей. Вариации окраски стекол зависят от различий добавляемых частиц — природы используемого металла и размера его частиц. Недавно было установлено, что эти стекла обладают еще и бактерицидными свойствами, т. е. не только дают красивую игру света в помещении, но и дезинфицируют среду.

 

                2.2.    Редкие факты в нанотехнологиях. 

 

2.2.1. Эффект лотоса (приложение 6). 

Известно, что лотос действительно обладает необычными физико-химическими свойствами. Благодаря особому строению и очень высокой гидрофобности его листьев и лепестков цветы лотоса остаются удивительно чистыми. Но как ему удается добиться такой сверхгидрофобности. «Эффект Лотоса» был открыт в 1990-е гг. немецким ботаником, профессором Вильгельмом Бартлоттом. Он показал, что лепестки цветка покрыты крошечными шишечками или «наночастицами». Но лист вдобавок как бы намазан воском. Он вырабатывается в железах растения, что делает его совершенно неуязвимым для воды. На основе этого свойства и с помощью современных нанотехнологий были созданы, так называемые, лотосовые покрытия. При нанесении состава на поверхность образуется слой полимера, который преобразует молекулярную матрицу поверхности, при этом создается устойчивая атомная структура и формируется гидрофобная поверхность, обладающая сильными защитными свойствами. Эта поверхность способна противостоять любым воздействиям извне. Лотосовые покрытия незаменимы во многих сферах жизни человека. Создание стекол, с которых стекают мельчайшие капельки воды с растворенными частичками грязи. Создание плащей и другой специальной одежды. Создание самоочищающихся фасадов зданий. Это только единичные примеры использования уникального свойства лотоса. 

 

2.2.2. Полезная пыль. 

Одним из самых массовых видов нанопродукции являются ультрадисперсные порошки. Измельчение веществ до наночастиц размерами в десятки или сотни нанометров часто придает им новые полезные качества. Дело в том, что такая наночастица состоит всего лишь из нескольких тысяч или миллионов атомов, поэтому все они оказываются близко к поверхности, на границе с внешним миром, и энергично с ним взаимодействуют. Суммарная поверхность частиц в таком нанопорошке становится огромной. Например, серебро в форме наночастиц становится чрезвычайно губительным для бактерий — это его свойство успешно применяется в современных ранозаживляющих повязках, а также в антимикробных тканях. Нанопорошок из отработанных шин при добавлении в сырье для асфальта делает дорожное покрытие чрезвычайно износоустойчивым. Нанопорошки глины в последние годы активно используют в изолирующих покрытиях силовых кабелей - такая изоляция очень плохо горит, и это очень хорошо для безопасности зданий. Наночастицы диоксида титана (основы всем известных титановых белил) являются очень эффективным фотокатализатором и используются как активный элемент в фильтрах бытовых воздухоочистителей. А наночастицы платины используют в каталитических дожигателях современных автомобилей для уменьшения выброса в атмосферу вредных веществ.

 

2.3.  Нанотехнологии в России

 

На сегодняшний момент Россия не является безусловным лидером в области нанотехнологии. Доля на мировом рынке российского «нано» пока очень мало и составляет – всего 0,07 процента. Это объясняется множеством причин. Прежде всего, недостаточным финансированием этой области, нехваткой квалифицированных специалистов.

Пальма первенства принадлежит двум странам: США и Японии. Это неудивительно, поскольку первой активно вкладывать средства в развитие данной области науки начала Япония, затем в гонку за мировое лидерство в области нанотехнологии включилась США, за ними страны Европы. Китай, в последнее время поражающий мир в различных областях, тоже наращивает обороты. Россия же совсем недавно включилась в эту «гонку». Следующим шагом было подписание 24 апреля 2007 года Президентом РФ президентской инициативы «Стратегии развития наноиндустрии».

Модернизация российской экономики невозможна без подъема отечественной науки. Сегодня для большинства людей «нанотехнологии» – это такая же абстракция, как и ядерные технологии в 30-е годы прошлого века. Однако нанотехнологии уже становятся ключевым направлением развития современной промышленности и науки.

19 июля 2007 года для «реализации государственной политики в сфере нанотехнологий, развития инновационной инфраструктуры в сфере нанотехнологий, реализация проектов создания перспективных нанотехнологий и наноиндустрии» была создана государственная корпорация «Роснано».

В ноябре 2007 года на деятельность Корпорации Правительством Российской Федерации выделено 130 млрд. рублей, которые были внесены в уставный капитал « Роснано».

На сегодняшний день в корпорации сосредоточены одни из лучших специалистов страны, которые должны наладить взаимовыгодное сотрудничество между наукой, бизнесом и государством.

8 октября 2008 года было создано «Нанотехнологическое общество России», в задачи которого входит «просвещение российского общества в области нанотехнологий и формирование благоприятного общественного мнения в пользу нанотехнологического развития страны».

Для реализации приоритетных направлений науки 18 марта 2010 года президент РФ Дмитрий Медведев объявил о строительстве российской «силиконовой долины» в Сколково. Глава государства отметил, что этот комплекс будет создан для работы в области пяти приоритетных направлений модернизации – это энергетика, информационные технологии, телекоммуникации, биомедицинские технологии, ядерные технологии.

 

 

 

2.4. Область применения нанотехнологий.

 

2.4.1. Наноматериалы в строительстве (приложение 7)

 

•       Наноматериалы для строительства, автономные источники энергии на мощных солнечных батареях, нанофильтры для очистки воды и воздуха.

•       Добавление наночастиц (в том числе углеродных нанотрубок) в бетон делает его в несколько раз прочнее.

•       Для защиты зданий от огня нанотехнологий предлагают как новые негорючие материалы (например, изоляцию кабелей, содержащую наночастицы глины), так и «умные» сети сверхчувствительных нанодатчиков возгорания.

•       Что же касается домашней техники - холодильников, телевизоров, сантехники, осветительных приборов, кухонного оборудования - здесь поле приложений для нанотехнологий неисчерпаемо.

Нанодатчики строительных конструкций будут следить за их прочностью, обнаруживать любые угрозы целостности. Объекты, построенные с использованием нанотехнологий, смогут прослужить в пять раз дольше, чем современные сооружения. Дома будут подстраиваться под потребности жильцов, обеспечивая им прохладу летом и сохраняя тепло зимой.

 

2.4.2. Наноматериалы в промышленности

 

В настоящий момент наноматериалы являются наименее токсичными и наиболее биосовместимыми с живой клеткой (человека, растения, животного). Производимые наноматериалы находят применение в любой отрасли:

•       топливной (топливные катализаторы, повышение октанового числа);

•       косметической (обогащение микроэлементами, бактерицидные свойства);

•       текстильной, обувной (бактерицидные и целебные свойства одежды и обуви);

•       лакокрасочной (бактерицидные лаки и краски, особые покрытия);

•       кожевенной (противогрибковая обработка кожи);

•       медицинской (медпрепараты нового поколения, нановитаминные комплексы микроэлементов);

•       в агропромышленном комплексе (наноудобрения, кормовые добавки, хранение продукции) и т.д.

В энергетике мы всё меньше будем зависеть от нефти и газа. У современных солнечных батарей КПД около 20%. С применением нанотехнологий он может вырасти в 2-3 раза. Тонкие нанопленки на крыше и стенах смогут обеспечить энергией весь дом (если, конечно, солнца будет достаточно) (приложение 8).

 

2.4.3. Наномедицина и химическая промышленность

 

Направление в современной медицине основанное на использовании уникальных свойств наноматериалов и нанообъектов для отслеживания, конструирования и изменения биологических систем человека на наномолекулярном уровне.

•       ДНК-нанотехнологии — используют специфические основы молекул ДНК и нуклеиновых кислот для создания на их основе четко заданных структур.

•       Промышленный синтез молекул лекарств и фармакологических препаратов четко определенной формы (бис-пептиды).

•       Ведущим направлением в нанотехнологических исследованиях на данный момент является синтетическое направление связанное с технологиями получения новых материалов. Это направление нашло применение и в медицине. На основе нанотехнологий были получены новые шовные материалы, например, полилактатное полотно, способное без клея прикрепляться к краям ранения или хирургического надреза, при этом закрывающее его от внешней среды, препятствуя заражению и улучшая заживление. При этом, данный материал способен разлагаться ферментами организма со временем. Это свойство используется при создании полилактатных шовных нитей, которые не требуется снимать. Что облегчает работу хирургу и жизнь пациенту.

•       Другим немаловажным направлением исследований является создание новых лекарственных форм. Лекарственная форма – это то, в каком виде лекарственное средство вводится в организм, например раствор для инъекций или суспензии. Существует множество разработок, использующих частицы из золота или других металлов в качестве «скорлупы», капсулы для лекарственных веществ. Размеры этих частиц позволяют им проникать через поры клеток и каналы клеточной стенки, доставляя таким образом лекарственное средство прямо к месту действия. Это способно уберечь лекарственные вещества от переработки ферментами организма, связывания с белками плазмы, что увеличивает количество неизмененного вещества, дошедшего до места действия. Проще говоря, увеличивает эффективность использования лекарств.

Исследователи из Йоркского университета работают над созданием специальных пластырей, которые будут предназначаться для доставки всех необходимых лекарств внутрь организма без какого-либо использования иголок и шприцов. Пластыри вполне себе обычного размера приклеиваются к руке, доставляют определенную дозу наночастиц лекарственного средства (достаточно маленькие, чтобы проникнуть через волосяные фолликулы) внутрь вашего организма. Наночастицы (каждая размером менее 20 нанометров) сами найдут вредоносные клетки, убьют их и будут выведены из организма вместе с другими клетками в результате естественных процессов.

Ученые отмечают, что в будущем такие нанопластыри можно будет использовать при борьбе с одним из самых страшных заболеваний на Земле – раком. В отличие от химиотерапии, которая в таких случаях чаще всего является неотъемлемой частью лечения, нанопластыри смогут в индивидуальном порядке находить и уничтожать раковые клетки и оставлять при этом здоровые клетки нетронутыми. Проект нанопластыря получил название «NanJect». Его разработкой занимаются Атиф Сайед и Закария Хуссейн, которые в 2013 году, еще будучи студентами, получили необходимое спонсирование в рамках краудсорсинговой компании по привлечению средств.

Израильская компания Nano Retina разрабатывает интерфейс, который будет напрямую подключатся к нейронам глаза и передавать результат нейронного моделирования в мозг, заменяя сетчатку и возвращая людям зрение.

Эксперимент на слепой курице показал надежду на успешность проекта. Нанопленка позволила курице увидеть свет. Правда, до конечной стадии разработки искусственной сетчатки для возвращения людям зрения пока еще далеко, но наличие прогресса в этом направлении не может не радовать. Nano Retina – не единственная компания, которая занимается подобными разработками, однако именно их технология на данный момент видится наиболее перспективной, эффективной и адаптивной. Последний пункт наиболее важен, так как мы говорим о продукте, который будет интегрироваться в чьи-то глаза. Похожие разработки показали, что твердые материалы непригодны для использования в подобных целях.

Так как технология разрабатывается на нанотехнологическом уровне, она позволяет исключить использование металла и проводов, а также избежать низкого разрешения моделируемой картинки.

Химик Иллинойского университета Мартин Берк – настоящий Вилли Вонка из мира химии. Используя коллекцию молекул «строительного материала» самого разного назначения, он может создавать огромное число различных химических веществ, наделенных всевозможными «удивительными и при этом естественными свойствами». Например, одним из таких веществ является ратанин, который можно найти только в очень редком перуанском цветке.

Потенциал синтезирования веществ настолько огромен, что позволит производить молекулы, использующиеся в медицине, при создании LED-диодов, ячеек солнечных батарей и тех химических элементов, на синтезирование которых даже у самых лучших химиков планеты уходили годы.

Возможности нынешнего прототипа трехмерного химического принтера пока ограничены. Он способен создавать только новые лекарственные средства. Однако Берк надеется, что однажды он сможет создать потребительскую версию своего удивительного устройства, которая будет обладать куда большими возможностями. Вполне возможно, что в будущем такие принтеры будут выступать в роли своеобразных домашних фармацевтов (приложение 9).

 

2.4.4. Военные нанотехнологии.

 

Пожалуй, самым первым фактом применения нанотехнологии в военных целях следует считать исследование образца дамасской стали (известной своей высочайшей прочностью). После травления поверхности образца металла в соляной кислоте исследователи обнаружили нитеобразные объекты нанометровых поперечных размеров

При детальном изучении поверхности оказалось, что это многослойные углеродные нанотрубки, к тому же заполненные внутри цементитом - карбидом железа Fe3 C, обладающим очень высокой твердостью.

Создание различного рода защитных средств - одно из направлений военных исследований в области нанотехнологий.

 

2.4.5. Нанотехнологии в искусстве

 

Ряд произведений американской художницы Наташи Вита-Мор касается нанотехнологической тематики (приложение 10).

В современном искусстве возникло новое направление «наноарт» (наноискусство) – вид искусства, связанный с созданием художником скульптур (композиций) микро- и нано-размеров (10−6 и 10−9 м, соответственно) под действием химических или физических процессов обработки материалов, фотографированием полученных нанообразов с помощью электронного микроскопа и обработкой черно-белых фотографий в графическом редакторе (приложение 11).

В широко известном произведении русского писателя Н. Лескова «Левша» (1881 год) есть любопытный фрагмент: «Если бы», – говорит, – был лучше мелкоскоп, который в пять миллионов увеличивает, так вы изволили бы», – говорит, – увидать, что на каждой подковинке мастерово имя выставлено: какой русский мастер ту подковку делал». А сегодня современные электронные и атомно-силовые микроскопы обеспечивают увеличение в 5 000 000 раз и считаются основными инструментами нанотехнологий. Таким образом, литературного героя Левшу можно считать первым в истории «нанотехнологом».

Изложенные Фейнманом в лекции 1959 г. «Там внизу много места» идеи о способах создания и применения наноманипуляторов совпадают практически текстуально с фантастическим рассказом известного советского писателя Бориса Житкова «Микроруки», опубликованным в 1931 году. 

Приведу небольшие цитаты из этого рассказа, чтобы по достоинству оценить прозрение писателя:

«Я долго ломал голову и вот к чему пришел: я сделаю маленькие руки, точную копию моих — пусть они будут хоть в двадцать, тридцать раз меньше, но на них будут гибкие пальцы, как мои, они будут сжиматься в кулак, разгибаться, становиться в те же положения, что и мои живые руки. И я их сделал...

Но мне вдруг ударила в голову мысль: а ведь я могу сделать микроруки к моим маленьким рукам. Я могу для них сделать такие же перчатки, как я сделал для своих живых рук, такой же системой соединить их с ручками в десять раз меньше моих микрорук, и тогда... у меня будут настоящие микроруки, уже в двести раз они будут мельчить мои движения. Этими руками я ворвусь в такую мелкоту жизни, которую только видели, но где еще никто не распоряжался своими руками. И я взялся за работу...

Я хотел сделать истинные микроруки, такие, которыми я мог бы хватать частицы вещества, из которых создана материя, те невообразимо мелкие частицы, которые видны только в ультрамикроскоп. Я хотел пробраться в ту область, где ум человеческий теряет всякое представление о размерах — кажется, что уж нет никаких размеров, до того всё невообразимо мелко».

Некоторые отрицательные последствия неконтролируемого развития нанотехнологий описаны в произведениях М. Крайтона («Рой»), С. Лема («Осмотр на месте» и «Мир на Земле»), С. Лукьяненко («Нечего делить»).

Главный герой романа «Трансчеловек» Ю. Никитина – руководитель нанотехнологической корпорации и первый человек, испытавший на себе действие медицинских нанороботов.

В научно-фантастических сериалах «Звёздные врата: SG-1» и «Звёздные врата: Атлантида» одними из самых технически развитых рас являются две расы «репликаторов», возникших в результате неудачных опытов с использованием и описанием различных вариантов применения нанотехнологий. В фильме «День, когда Земля остановилась» с Киану Ривзом в главной роли, инопланетная цивилизация выносит человечеству смертный приговор и чуть было не уничтожает всё на планете при помощи самовоспроизводящихся нанорепликантов-жуков, пожирающих всё на своём пути.

 

2.5. Будущее нанотехнологий

 

2.5.1.  Проблемы и перспективы

Нанотехнологии и наноустройства являются закономерным шагом на пути совершенствования технических систем. В настоящее время на рынке продаются только скромные достижения нанотехнологии, вроде самоочищающихся покрытий и упаковок, позволяющих дольше сохранять свежими продукты питания. Однако ученые предсказывают триумфальное шествие нанотехнологий в недалеком будущем.

По прогнозам американской ассоциации National Science Foundation, объем рынка товаров и услуг в мире с использованием нанотехнологий в ближайшие 10-15 лет может вырасти до 1 трлн. долларов:

-в сфере здравоохранения - нанотехнологий может позволить увеличить продолжительность жизни, расширить физические возможности человека;

-в фармацевтической отрасли около половины всей продукции будет зависеть от нанотехнологий;

-в химической промышленности наноструктурные катализаторы уже применяются при производстве бензина и в других химических процессах;

-в транспортной промышленности нанотехнологии и наноматериалы позволят создавать более легкие, надежные и безопасные автомобили;

-в сельском хозяйстве и в сфере защиты окружающей среды применение нанотехнологий может увеличить урожайность сельскохозяйственных культур, обеспечить более экономичные способы фильтрации воды.Это позволит снизить загрязнение окружающей среды и сэкономить значительные ресурсы.

Предполагается, что нанотехнологии позволят решить энергетические проблемы посредством применения более эффективного освещения, топливных элементов, водородных аккумуляторов, солнечных элементов, распределения источников энергии и децентрализации производства.

Ученые утверждают, что исследования в области нанотехнологий и других областях должны быть остановлены до того, как это навредит человечеству.

Страхи перед нанотехнологиями начали появляться с 1986 года после выхода в свет "Машин созидания" Дрекслера, где он не только нарисовал утопическую картину нанотехнологического будущего, но и затронул "обратную сторону" этой медали.

Одну из проблем, которая представлялась ему наиболее серьезной, он назвал "проблемой серой слизи". Ее опасность в том, что нанороботы, вышедшие из под контроля в результате случайной или намеренной порчи систем управления, могут начать копировать самих себя до бесконечности, потребляя в качестве строительного материала все на своем пути, включая леса, заводы, домашних животных и людей. Расчёт показывает, что теоретически такой наноробот со своим потомством окажется в состоянии переработать всю биомассу Земли за считанные часы.

На сегодняшний день также остро встают следующие вопросы:

-способна ли образовательная система обучить достаточно квалифицированных специалистов в области нанотехнологии?

-может ли снижение стоимости продукции благодаря нанотехнологиям сделать их легкодоступными для террористов?

-каким будет эффект от вдыхания некоторых веществ, которые в настоящее время формируются в молекулярном масштабе?

-что случится, если в окружающую среду будет выпущено большое количества наноматериала, начиная от компьютерных чипов и заканчивая краской для самолетов? Не будут ли наноматериалы вызывать аллергию?

-не приведет ли вторжение наночастиц в наши тела к непредсказуемым последствиям?

Эти и другие вопросы, стоящие сегодня перед исследователями, действительно очень актуальны и важны. В гонке нанотехнологий ученые должны взять на себя всю полноту ответственности за жизнь и здоровье других людей, чтобы не оказаться беззаботными фанатиками, не утруждая себя размышлениями о возможных трагических последствиях и катастрофах.

 

2.5.2 Анализ положительных и отрицательных воздействий

 

Прогресс и быстрое развитие в области нанотехнологий вызвал определенный общественный резонанс.

Отношение общества к нанотехнологиям изучалось ВЦИОМ и европейской службой "Евробарометр".

Ряд исследователей указывают на то, что негативное отношение к нанотехнологии у неспециалистов может быть связано с религиозностью, а также из-за опасений связанных с токсичностью наноматериалов. Польза:

•  Нанотехнологии помогут создать новое поколение лекарств. Многие неизлечимые болезни будут побеждены.

•  На основе нанотехнологий будут созданы новые образцы вооружений, новые системы защиты, что улучшит обороноспособность страны.

•  Благодаря развитию нанотехнологий произойдет революция в компьютерных технологиях.

•  Нанотехнологии позволят решить энергетические проблемы, их внедрение позволит более эффективно использовать традиционные и откроет путь к новым источникам энергии. Вред:

•  Нанотехнологии станут причиной новых болезней, от которых не спасут даже новые "нанолекарства".

•  Новое вооружение на основе нанотехнологий может попасть в руки террористов, что приведет к хаосу и войне.

•  Разработка наносенсоров, нанодатчиков и прочих систем отображения и передачи информации в итоге поставит крест на неприкосновенности частной жизни.

•  Развитие индустрии производства наноматериалов приведет к еще более серьезному загрязнению окружающей среды.

Тем не менее в настоящее время в России отмечается всё возрастающее внимание НТ и вопросам НТ придают большое значение в развитии академических дисциплин и программам образования, но только на уровне понимания.

Микроскопопы, о котором мечтал Левша в известном произведении, уже сделаны и всё же появятся в России новые «Левши», но не с разговорами, а кропотливыми делами.

 

III. Глава. Нанотехнологии и общественное мнение

 

Мы слышим о нанотехнологиях с экранов телевизоров и по радио, читаем о них в газетах, журналах и сети Интернет. А что мы знаем о них на самом деле?

Я решил спросить учащихся 10-х классов нашего лицея. Количество опрашиваемых – 20 человек.

Было составлено 12 вопросов, в которых я выяснил имеющиеся знания у учащихся о нанотехнологиях, их мнения о них. 

Результаты получились следующие (приложение 12):

95% учащихся знакомы с какими-либо нанотехнологиями или слышали о них.

Около 62% всех опрашиваемых интересуются нанотехнологиями, а 74% - все равно, они не посещают сайты. 50 % учащихся знают о существовании Российской Национальной Нанотехнологической Сети. Все 100 % считают, что нанотехнологии пригодятся им в жизни, и помогут им в профессии. Примерно 67% опрашиаемых считают, что нанотехнологии помогут создать новое поколение лекарств. Благодаря им появятся новые методы лечения. Многие "неизлечимые" болезни будут побеждены. Но около 63 % считают возможно нанотехнологии станут причиной новых болезней, от которых не спасут даже новые «нанолекарства». Возможно, развитие индустрии производства наноматериалов приведет к еще более серьезному загрязнению окружающей среды, так считает 71% опрашиваемых, 5% не согласны с этим мнением.

Нанотехнологии позволят решить энергетические проблемы, их внедрение позволит более эффективно использовать традиционные и откроет путь к новым источникам энергии, так считают 62 % учащихся. Но самое главное, что 98% всех опрошенных хотели бы получать больше информации о нанотехнологиях.

 

Выводы

 

Мне удалось доказать сформулированную в начале исследования гипотезу и выяснить, что:

•  Нанотехнологии затронули все стороны быта, работы, социальных отношений.

•  Использование инновационных материалов XXI века позволит воплощать в реальность самые немыслимые проекты.

•  Результаты, демонстрирующие потенциальные возможности нанотехнологии, уже достигнуты, но технологий массового производства пока не существует.

Нанотехнологии - это прорыв в будущее. В последние годы нанотехнологии стали рассматриваться в качестве одного из главных приоритетов, входящих во все жизненно важные сферы деятельности человека.

Нанотехнологии — это окно в будущее, которое ученые открывают уже сегодня, это трамплин, который создаст основу будущего России как технологической и индустриальной державы. Многие проблемы человечества исчезнут. Очевидно, что в будущем нам будет казаться совершенно обыкновенным то, что сейчас считается фантастикой.

Но не следует думать, что при этом исчезнут все извечные философские проблемы. И это прекрасно!

Нанотехнологии перевернут мир, как раньше перевернули его информационные технологии. Сначала человек превратил цифру в информацию, что привело к появлению компьютеров. Теперь мы превратим с помощью нанотехнологий в цифру саму материю. Материальная сфера будет полностью оцифрована, аналоговый мир устареет. Ученые, которые работают в области нанотехнологий, неизбежно уйдут от узкой специализации и станут натурфилософами, как во времена Ньютона, когда науки еще не были разъединены, но существовала их интеграция. Но нельзя ждать от нее милостей, надо у нее учиться.

 

Заключение

 

1.                  Нанотехнологии - символ будущего, важнейшая отрасль, без которой немыслимо дальнейшее развитие цивилизации.

2.                  Возможности использования нанотехнологий практически неисчерпаемы - начиная от микроскопических компьютеров, убивающих раковые клетки, и заканчивая автомобильными двигателями, не загрязняющими окружающую среду.

3.                  В настоящее время нанотехнология - это весьма обширная область исследований, включающая в себя целый ряд направлений физики, химии, биологии, электроники, медицины и других наук.

4.                  Нанотехнологии на сегодняшний день находятся в младенческом возрасте, тая в себе огромный потенциал. В дальнейшем ученым предстоит решить множество вопросов, связанных с нанонаукой, и постигнуть ее глубочайшие тайны. Но, несмотря на это, нанотехнологии уже оказывают очень серьезное влияние на жизнь современного человека.

5.                  Большие перспективы несут в себе и большие опасности. В этом отношении человек должен с максимальной осторожностью отнестись к небывалым возможностям нанотехнологий, направляя свои исследования на мирные цели. В противном случае он может подставить под удар свое собственное существование.

Ну и в заключении хотелось бы сказать, нанотехнология является той областью науки, которая подвергается жесточайшей критике, прежде чем вводит какие-либо новшества. Правдива ли эта критика или нет, судить не предоставляется возможным. 

Ученые NASA говорят, что они успешно проводили испытания нанороботов на животных. Но стоит ли этому верить? Каждый решает это сам для себя. Лично я считаю, что использование, например, таких нанотехнологий как наносенсоры может иметь рискованный характер. Ведь любая даже самая простейшая система может давать сбои, что уж тогда говорить о таких передовых технологиях, как нанороботы? И, кроме того, надо учитывать индивидуальные физиологические особенности каждого человека. 

Итак, перспективы развития нанотехнологий велики. Утверждается, что в ближайшем будущем, с помощью них можно будет не только побороть любую физическую болезнь, но и предотвратить ее появление. Но вот о рисках ученые NASA ничего не говорят. Есть только бесчисленные статьи в желтой прессе о том, что люди под воздействием нанороботов станут неуправляемыми как зомби. Я думаю, что возможные риски будут сопоставимы с перспективами. Так что общественности надо больше уделять внимания этому вопросу. Чтобы ученые не только рассматривали «обе стороны монеты», но и ставили общество в известность об этом. 

 

Список литературы

 

1.      Голованов Вячеслав «Пять нанотехнологий от природы, способных вдохновить нас на новые разработки»//Хабр. Сообщество IT-специалистов [Электронный ресурс] –   https://habr.com/ru/post/421671 (дата обращения: 03.11.2019 г.)

2.      Дементьев Александр «Лучшие разработки нанотехнологий»//Авторский канал журналиста «Популярная наука» [Электронный ресурс] –

https://zen.yandex.ru/media/nauka/luchshie-razrabotki-nanotehnologii-

5b7d8009dfb56c00aa5badec (дата обращения: 03.11.2019 г.)

3.      Пиотровский Левон Борисович «Нанотехнология», «нанонаука» и «нанообъекты»: что значит «нано»?// Популярный журнал «ЭКОЛОГИЯ И ЖИЗНЬ» №8, 2012[Электронный ресурс] – https://elementy.ru/nauchno-

populyarnaya_biblioteka/431265/Nanotekhnologiya_nanonauka_i_nanoobekty_chto_zna chit_nano (дата обращения: 20.12.2019 г.)

4.      Хижняк Николай «10 нанотехнологий с удивительным потенциалом»//  Ежедневная научно-популярная хроника из мира высоких технологий Hi-News.ru [Электронный ресурс] – https://www.yandex.ru/turbo?text=https%3A%2F%2Fhinews.ru%2Ftechnology%2F10-nanotexnologij-s-udivitelnym-potencialom.html (дата обращения: 15.02.2020 г.)

5.      «Нанотехнология»// Материал из Wikia.org — свободной энциклопедии [Электронный ресурс] –   https://science.wikia.org/ru/wiki/Нанотехнология (дата обращения: 25.01.2020 г.)

6.      «Нанотехнологии и наноматериалы»// Полная энциклопедия. Справочник для школьников и студентов [Электронный ресурс] – https://www.polnajajenciklopedija.ru/nauka-i-tehnika/nanotehnologii-i-nanomaterialy.html (дата обращения:

15.02.2020 г.)

7.      «Фейнман, Ричард Филлипс»// Материал из Википедии — свободной энциклопедии [Электронный ресурс] –  https://ru.wikipedia.org/wiki/Фейнман,_Ричард_Филлипс (дата обращения:

25.01.2020 г.)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ПРИЛОЖЕНИЯ

Приложение 1

 

 

 

Рис. 1. Соотношение диаметров Земли (≈ 10⁷ м), футбольного мяча (≈ 10^–1 м) и молекулы

C60 (≈ 10^–9 м = 1 нм). Изображение: «Экология и жизнь»

 

Приложение 2

 

 

 

Рис. 2. Ричард Фейнман

 

 

 

 

Приложение 3

 

Рис. 3. Ричард Фейнман за созданием манипулятора

 

Приложение 4

 

Рис. 4. Германские физики Герд Бинниг и Генрих Рорер, 1982 год

 

Приложение 5

Рис. 5. Дональд Эйглер выложил название фирмы IBM атомами ксенона, 1989 г.

 

Приложение 6

 

 

Рис. 6. Эффект лотоса

 

Приложение 7

 

 

Рис. 7. Нанотехнологии в строительстве

 

Приложение 8

 

Рис. 8. Солнечные батареи

 

Приложение 9

 

Рис. 9. Трехмерная химическая печать

 

Приложение 10

 

 

 

Рис. 10. Наташа Вита-Мор, американская художница

 

Приложение 11

 

Рис. 11. Наноарт в фотографии

 

 

 

Приложение 12

 

Результаты социального опроса «Что вы знаете о нанотехнологиях»

 

1      вопрос «Знаете ли Вы что-нибудь о «нанотехнологиях»?

Да – ответило 20 чел (95%)          Нет- ответил 1 чел (5 %)

 

 

 

 

2      вопрос «Какое у Вас отношение к «нанотехнологиям»?

•      Не интересуются -3 чел (14 %)

•      Мне нравится изучать что-то новое – ответили 13 чел (62 %)

•      Все равно – 5 чел (24 %)   

 

 

3      вопрос «Посещаете ли сайты, посвященные нанотехнологиям? Да – ответило 6 чел (29%)           Нет- ответило 15 чел (71%)

 

 

 

 

4      вопрос «Знаете ли Вы о существовании Российской Национальной Нанотехнологической Сети?

Знают-11 чел (52%)            Не знают-10 чел (48%)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5      вопрос «Как Вы считаете, помогут ли Вам нанотехнологии в жизни?

Все единогласно ответили да (21 чел-100%)

 

 

 

 

6      вопрос «Как Вы считаете, помогут ли Вам нанотехнологии в профессии?

Все единогласно ответили да (21 чел-100%)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

7      вопрос «Нанотехнологии помогут создать новое поколение лекарств? Благодаря им

появятся новые методы лечения. Многие "неизлечимые" болезни будут побеждены» Да - ответили 14 чел (67%)          Возможно – ответили 7 чел (33 %)

 

 

8      вопрос «Нанотехнологии станут причиной новых болезней, от которых не спасут даже новые "нанолекарства"

Да – ответили 6 чел (28%)          Возможно – ответили 13 чел (61 %)         

Нет – ответили 2 чел (11%)

 

 

 

 

9      вопрос «Развитие индустрии производства наноматериалов приведет к еще более серьезному загрязнению окружающей среды»

Да – ответили 1 чел (4%)          Возможно – ответили 15 чел (71 %)      

Нет – ответили 5 чел (25%)

 

 

 

 

 

 

10  вопрос «Нанотехнологии позволят решить энергетические проблемы, их внедрение позволит более эффективно использовать традиционные и откроет путь к новым источникам энергии»

Да - ответили  13 чел (61%)         Возможно- ответили 7 чел (33%)         

Нет – ответил 1 чел (6%)

 

 

 

 

11  вопрос «Хотели ли бы Вы получать большую информацию о нанотехнологиях»?

Да- ответили 20 чел (98%)             Нет- ответил 1 чел (2%)