นาโนเทคโนโลยีคืออะไร - ตัวอย่าง, การใช้งานในอนาคต & ความเสี่ยง

ทุกสิ่งที่มีลักษณะทางกายภาพ - มนุษย์พืชแร่ธาตุอากาศ - ประกอบด้วยการรวมกันของอะตอมและโมเลกุลผูกพันกันทั้งรูปร่างหรือประจุอิเล็กทรอนิกส์ การจัดการกับอะตอมในระดับนาโนจะช่วยให้มนุษย์สามารถสร้างทุกสิ่งได้ตั้งแต่เพชรไปจนถึงอาหาร.

ในขณะที่ประโยชน์ของเทคโนโลยีดังกล่าวนั้นนับไม่ถ้วนมันได้สร้างความกังวลอย่างมากในหมู่บางคนว่าการใช้โมเลกุลอาจทำให้เกิดปัญหามากกว่าการแก้ปัญหาโดยไม่รู้ตัว - จนถึงและรวมถึงการสูญพันธุ์ของมนุษย์ องค์กรต่าง ๆ เช่น Friends of Earth of Australia, บุคคลที่ดูแล Toward Savagery ในเม็กซิโก, และสมาคมผู้บริโภคอินทรีย์ในอเมริกาต่อต้านการพัฒนาโครงการระดับนาโนต่อไป.

“ ขนาด” คืออะไรและเพราะเหตุใดจึงสำคัญ?

นาโนเทคโนโลยีเป็นวิทยาศาสตร์ที่เกี่ยวข้องกับการจัดการเรื่องในระดับอะตอมโมเลกุลและ supramolecular - ในคำอื่น ๆ มีขนาดเล็กกว่าสิ่งที่มองเห็นได้ด้วยตาเปล่า นาโนเมตรแต่ละอันมีความยาวหนึ่งพันล้านเมตรโดยประมาณความยาวเล็บมือจะเติบโตในหนึ่งวินาที เพื่อให้เห็นว่าเส้นผมของมนุษย์มีความกว้างประมาณ 80,000 ถึง 100,000 นาโนเมตรเซลล์เม็ดเลือดแดงคือ 2,500 นาโนเมตรและดีเอ็นเอของมนุษย์มีเส้นผ่าศูนย์กลาง 2.5 นาโนเมตร.

มันเป็นเพียงการพัฒนาเครื่องมือที่มีความแม่นยำเป็นพิเศษเช่นกล้องจุลทรรศน์การขุดอุโมงค์และกล้องจุลทรรศน์แรงปรมาณูซึ่งนาโนเทคโนโลยีเป็นไปได้ สัญญาและความเสี่ยงของมันเกิดขึ้นจากความเข้าใจที่เพิ่มขึ้นของเราเกี่ยวกับฟิสิกส์ควอนตัมซึ่งเกี่ยวข้องกับวัตถุขนาดเล็กพิเศษ น่าแปลกที่พฤติกรรมของสารในระดับนาโนมักจะขัดกับคุณสมบัติของมันในระดับที่ใหญ่กว่า.

ตัวอย่างเช่นสารในรูปแบบจำนวนมากที่ไม่สามารถพกพาประจุไฟฟ้า - ฉนวน - อาจกลายเป็นเซมิคอนดักเตอร์ในระดับนาโนเช่นเดียวกับจุดหลอมเหลวและคุณสมบัติทางกายภาพอื่น ๆ อาจมีการเปลี่ยนแปลง อลูมิเนียมโค้กสามารถบดเป็นผง 20 ถึง 30 นาโนเมตรอาจติดไฟได้เองในอากาศ - คุณสมบัติที่ทำให้เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาเชื้อเพลิงจรวด ในทำนองเดียวกันทั้งเพชรและกราไฟท์ในดินสอทำจากคาร์บอน แต่มีคุณสมบัติแตกต่างกันอย่างมากเนื่องจากวิธีที่อะตอมของคาร์บอนจับกัน.

นาโนคำศัพท์

เมื่อวิทยาศาสตร์ได้ขยายออกไปในสาขา "นาโน" ดังนั้นคำศัพท์จึงมี นี่คือคำจำกัดความพื้นฐานบางประการ:

• นาโนเทคโนโลยี: เทคโนโลยีใด ๆ รวมถึงกระบวนการทางอุตสาหกรรมและเคมีแบบดั้งเดิมที่เกี่ยวข้องกับโครงสร้างระหว่างหนึ่งถึงหนึ่งร้อยนาโนเมตรที่มีคุณสมบัติใหม่ การเคลือบนาโนเทคโนโลยีได้ถูกนำมาใช้ในการทำเสื้อผ้าด้วยเส้นใยที่ทนต่อรอยเปื้อนและโลชั่นกันแดดประสิทธิภาพสูงตัวอย่างเช่น.
• Nanofactories: ในระดับนาโนทุกวิธีการผลิตเป็นเพียงวิธีการจัดเรียงอะตอม เรียกว่า“ แอสเซมบลีโมเลกุล” nanofactories เป็นหน่วยการผลิตขนาดเล็กระบบปิดที่จัดทำรวมและจัดการโมเลกุลปฏิกิริยาเพื่อสร้างโครงสร้างทางกายภาพและชีวภาพที่ซับซ้อน - จากแร่ธาตุไปยังอวัยวะและกระดูกมนุษย์ เซลล์มนุษย์เดี่ยวเป็นตัวอย่างที่สมบูรณ์แบบของหน่วยการผลิตโมเลกุลชีวภาพหรือนาโนแฟคตอรีที่อ่านสารพันธุกรรมทางพันธุกรรม (DNA) เพื่อเป็นแนวทางในกระบวนการรวมกัน John Burch จาก Foresight Institute คาดการณ์ว่าการประยุกต์ใช้วิศวกรรมโมเลกุลและการผลิตทางชีวภาพควรขยายและพัฒนาอย่างรวดเร็วในช่วงกลางศตวรรษที่ 21.
• nanobots: เหล่านี้เป็นผลิตภัณฑ์ของนาโนแฟคตอรี แต่ไม่คาดว่าจะเลียนแบบหรือกำกับด้วยตนเอง Nanobots ตกอยู่ที่จุดตัดของนาโนเทคโนโลยีและหุ่นยนต์และเป็นนิยายวิทยาศาสตร์มากกว่าวิทยาศาสตร์ ณ จุดนี้ อย่างไรก็ตามมีความเป็นไปได้ที่น่าสนใจสำหรับการใช้งานของพวกเขาโดยเฉพาะอย่างยิ่งในร่างกายมนุษย์ บางโครงการฟิวเจอร์สที่ nanobots อาจวันหนึ่งสามารถเดินทางผ่านกระแสเลือดเพื่อค้นหาและรักษาเซลล์ที่เป็นโรคเฉพาะ ตัวอย่างอาจเป็น nanobot ที่โจมตีและทำลายมะเร็งชนิดที่ระบุเท่านั้น.

การใช้นาโนเทคโนโลยีในปัจจุบันและอนาคต

ตามที่สมาคมพิษวิทยาระบุว่าความก้าวหน้าด้านนาโนเทคโนโลยีกำลังผลิตวัสดุใหม่หลายชนิดอยู่แล้ว พวกเขายังปรับใช้วัสดุเก่าเช่นคาร์บอนจึงทำให้พวกเขา“ มีศักยภาพที่ดีในการปรับปรุงผลิตภัณฑ์เพื่อผู้บริโภคและอุตสาหกรรมตอบสนองความต้องการพลังงานที่สำคัญเพิ่มระบบรักษาความปลอดภัยและปรับปรุงสาขาการแพทย์”

Carbon nanotubes - ลองนึกภาพอะตอมคาร์บอนม้วนตัวออกมา - ตอนนี้ปรากฏในสินค้าอุปโภคบริโภคเช่นไม้เทนนิสและไม้กอล์ฟ พวกเขาแสดงความแข็งแรง 200 เท่าและความยืดหยุ่นของเหล็กห้าเท่าห้าเท่าของค่าการนำไฟฟ้าของทองแดงและความหนาแน่นของอลูมิเนียมครึ่งหนึ่ง นอกจากนี้พวกเขาไม่เป็นสนิมลดทอนจากรังสีหรือขยายหรือหดตัวเมื่อมีการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ ในเรื่องนี้การประยุกต์ใช้ในผลิตภัณฑ์ดังกล่าวเป็นรถยนต์และเครื่องบินจะค่อนข้างชัดเจน.

โครงการนาโนเทคโนโลยีที่อุบัติขึ้นที่เวอร์จิเนียเทคแสดงรายการสินค้าอุปโภคบริโภคที่มีอยู่มากกว่า 1,790 รายการที่เปิดใช้งานด้วยนาโนรวมถึงแผ่นผ้าฝ้าย degreasers, เพลากอล์ฟ, สีและเครื่องสำอาง นักวิทยาศาสตร์บางคนคาดการณ์ว่าในที่สุดเซลล์แสงอาทิตย์ก็สามารถพัฒนาได้ด้วยความทนทานเช่นนี้และในราคาที่ต่ำเพื่อให้สามารถนำไปใช้ในการมุงหลังคาทางเท้าและถนนได้ทำให้เกิดการจัดหาพลังงานที่ไม่ต้องจ่ายพลังงานมากมาย.

ตัวอย่างเฉพาะของผลิตภัณฑ์ที่มีอยู่โดยใช้นาโนเทคโนโลยีรวมถึงต่อไปนี้:

• ระบบ MineralWater ของ Seldon Technologies เป็นอุปกรณ์กรองคาร์บอนนาโนทิวบ์ซึ่งกำจัดเชื้อโรคและสิ่งปนเปื้อนเช่นไวรัสแบคทีเรียซีสต์และสปอร์เพื่อส่งน้ำดื่มที่เกินมาตรฐานน้ำดื่ม USEPA.
• หมึกคาร์บอนนาโนทิวบ์ของ Linde Electronics ใช้สำหรับการแสดงผลเซ็นเซอร์และอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์เช่นสมาร์ทโฟนที่มีหน้าจอม้วนขึ้นหรืออุปกรณ์ GPS แบบดูทะลุผ่านที่ฝังอยู่ในกระจกหน้ารถยนต์.
• ผลิตภัณฑ์ครีมกันแดดที่มีไททาเนียมไดออกไซด์หรือซิงค์ออกไซด์อนุภาคนาโนสะท้อนหรือดูดซับแสงอัลตราไวโอเลตที่ก่อให้เกิดมะเร็ง ผลิตภัณฑ์เหล่านี้มองไม่เห็นและติดทนนานและมีสารระคายเคืองและสารก่อภูมิแพ้ต่ำกว่าครีมกันแดดแบบดั้งเดิม.
• ผ้าพันแผลที่ขายตามเคาน์เตอร์หลายรุ่นในขณะนี้มีอนุภาคเงินระดับนาโนซึ่งป้องกันการติดเชื้อบริเวณบาดแผลและรอยถลอกทำให้การผสมครีมยาปฏิชีวนะกับผ้าพันแผลได้อย่างมีประสิทธิภาพ.
• น้ำยาสระว่ายน้ำต้านเชื้อแบคทีเรีย สิ่งเหล่านี้มีประสิทธิภาพมากกว่าในการต่อสู้กับแบคทีเรียที่เป็นอันตรายในขณะที่ลดการว่ายน้ำของสารเคมีที่รุนแรงของผลิตภัณฑ์ก่อนหน้านี้.

ตามที่คาดการณ์ไว้โดยสถาบัน Foresight ประโยชน์ที่ได้รับทุกวันของการเพิ่มขึ้นของ nanofactories จะรวมถึงสิ่งต่อไปนี้:

• Nanorobots การแพทย์ที่รักษาโรคและชะลอความชรา. Robert Freitas นักวิจัยอาวุโสที่สถาบันเพื่อการผลิตระดับโมเลกุลโครงการใน Nanomedicine Book Series ของเขาในอนาคตที่ nanorobots ทางการแพทย์ถูกนำเข้าสู่ร่างกายมนุษย์เพื่อทำการผ่าตัดเซลล์และกล้องจุลทรรศน์ซ่อมแซมการบาดเจ็บเฉพาะและลาดตระเวนร่างกายเพื่อระบุและต่อต้านโรค . บนเว็บไซต์ของสถาบันจริยธรรมและเทคโนโลยีเกิดใหม่ Burch บรรยายถึงสถานการณ์ที่ยาที่กินเข้าไปจะให้วัสดุโมเลกุลพร้อมคำแนะนำสำหรับ nanobots เพื่อสร้างเซลล์ประสาทใหม่เพื่อแทนที่เซลล์สมองที่เสียหายหรือกำลังจะตาย เซลล์สมองใหม่เหล่านี้จะประมวลผลข้อมูลเร็วกว่าสมองชีวภาพเช่นเดียวกับแขนขาเทียมที่สามารถแข็งแกร่งกว่าแขนมนุษย์หรือขาของมนุษย์.
• ลดต้นทุนของผลิตภัณฑ์ที่ผลิต. ต้นทุนพื้นฐานจะลดลงตามมูลค่าของวัตถุดิบเช่นคาร์บอนไนโตรเจนและออกซิเจนและพลังงานที่จำเป็นในการใช้งานนาโนแฟคตอรี ลองนึกภาพรถยนต์ที่สร้างจากคาร์บอนไฟเบอร์และสร้างขึ้นในโรงงานนาโน - แทนที่จะใช้วัสดุที่ต้องการการทำเหมืองการแปรรูปและการกำหนดค่า ในทางทฤษฎีวัสดุหรือวัตถุแทบทุกชนิดสามารถประกอบจากล่างขึ้นบนโดยการรวมกันของ nanofactories ผลลัพธ์ขนาดใหญ่เกิดขึ้นเมื่อกระบวนการรวมกันของนาโนสเกลพร้อมกันและผสานกัน Eric Drexler วิศวกรชาวอเมริกันที่รู้จักกันดีในเรื่องความนิยมของนาโนเทคโนโลยีทำนายอนาคตของโรงงานบนโต๊ะที่สร้างผลิตภัณฑ์ที่มีประโยชน์และมีขนาดใหญ่คล้ายกับ "ตัวลอกเลียนแบบ" ของชื่อเสียง "Star Trek" ในความเป็นจริงในเดือนมิถุนายน 2014 สถาบันวิทยาศาสตร์สุขภาพของเนสท์เล่ได้ประกาศโครงการใหม่ที่อาจนำไปสู่“ เครื่องใช้ในครัวที่สามารถสร้างอาหารเสริมที่เหมาะ - หรือแม้แต่อาหาร”
• การพัฒนาปัญญาประดิษฐ์ทั่วไป (AGI). ตามที่ Foresight Institute, nanofactories จะรวมถึงระบบเครื่องจักรสำหรับงานวิศวกรรมและเทคนิคซึ่งในทางกลับกันจะผลิตคอมพิวเตอร์ที่มีประสิทธิภาพและราคาไม่แพงกว่าคอมพิวเตอร์ในปัจจุบันหลายพันเท่า เมื่อเครื่องจักรเรียนรู้และถ่ายโอนความรู้จากแอปพลิเคชันหรือสภาพแวดล้อมหนึ่งไปยังอีกแอปหนึ่งความก้าวหน้าอย่างรวดเร็วจะเป็นไปได้ อย่างไรก็ตามมีคำถามว่า AGI สามารถบรรลุผลได้เร็วแค่ไหน ตั้งแต่ปี 2533 มีการมอบรางวัล $ 100,000 ให้กับทุกคนที่เครื่องจักรสามารถหลอกผู้พิพากษาอิสระในการคิดว่ามันเป็นมนุษย์ในขณะที่มีส่วนร่วมในการสนทนาแบบอิสระ รางวัลยังไม่ได้รับรางวัล.
• การกำจัดมลพิษทางเคมีอุตสาหกรรม. เนื่องจากทุกอะตอมในสต็อกอาหารอินทรีย์ถูกนำมาใช้ในผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้ายหรือส่งไปยังของเสียที่บรรจุอย่างเหมาะสมจึงไม่มีการปล่อยอะตอมที่ปนเปื้อนออกสู่สิ่งแวดล้อม ตัวอย่างเช่นถ่านหินธรรมชาติก่อให้เกิดมลพิษเช่นซัลเฟอร์ไดออกไซด์ไนโตรเจนออกไซด์อนุภาคทางอากาศในอากาศและปรอทเมื่อถูกเผา การสร้างเชื้อเพลิงเทียมที่กำจัดผลพลอยได้หรือแปลงให้อยู่ในรูปแบบที่ไม่เป็นอันตรายจะมีสุขภาพดีและราคาไม่แพง.

อันตรายและความเสี่ยงของนาโนเทคโนโลยี

แม้แต่ผู้เสนอนาโนเทคโนโลยีเช่น Burch และ Drexler ก็ตระหนักถึงศักยภาพที่จะเป็นอันตรายและทำลายล้างเผ่าพันธุ์มนุษย์หากเทคโนโลยีนั้นไม่ได้ถูกควบคุมหรือผิดทิศทาง ผลกระทบที่อาจเป็นอันตรายเหล่านี้ ได้แก่ :

• ล้น. อัตราการตายของมนุษย์ที่มีอายุมากกว่า 80 ปีลดลงประมาณ 1.5% ต่อปีนับตั้งแต่ทศวรรษ 1960 Robert Freitas, Jr. แนะนำว่าความก้าวหน้าด้านนาโนเทคโนโลยีจะช่วยกำจัดโรคทางพันธุกรรมทั้งหมดและชะลอความแก่ "การเสริมสุขภาพของมนุษย์อย่างน้อยสิบเท่า" หากอายุยืนยาวเพิ่มขึ้นไม่ลดการเกิดเผ่าพันธุ์มนุษย์จะขยายตัวเพิ่มขึ้นทวีคูณทวีความตึงเครียดทางสังคมที่ทวีความรุนแรงและทรัพยากรที่อาจหลบหนี.
• การเพิ่มขึ้นของอาชญากรรมและการก่อการร้าย. อาวุธเคมีและชีวภาพอาจมีอันตรายถึงตายและง่ายต่อการปกปิดหรือติดตามโดยเฉพาะอย่างยิ่งหากมีอยู่ในตลาดมืดหรือสามารถสร้างในโรงงานที่บ้านได้ ในทางทฤษฎี Nanofactories สามารถสร้างอาวุธต่อต้านบุคลากรที่ชาญฉลาดขนาดของแมลงที่มีความสามารถในการรับโบทูลิซึมที่ทำให้ตายได้ จำนวนอาวุธดังกล่าวที่สามารถฆ่ามนุษย์ทุกคนบนโลกสามารถบรรจุในกระเป๋าเดินทางใบเดียว.
• ความแตกต่างระหว่างประการที่จำเป็นและไม่มี. การพัฒนานาโนเทคโนโลยีนั้นมีราคาแพงในขั้นต้นและได้รับการคุ้มครองตามชั้นของสิทธิบัตรกฎหมายและอุปสรรคต่อการแข่งขัน ดังนั้นประโยชน์ของต้นทุนที่ต่ำกว่ามีแนวโน้มที่จะถูก จำกัด ให้กับเจ้าของเทคโนโลยี ความยากจนและความไม่เท่าเทียมกันของรายได้อาจกลายเป็นเรื่องที่พูดเกินจริงมากขึ้นซึ่งจะสร้างความไม่สงบทางสังคม.
• ความขัดแย้งเหนือความเชื่อทางศาสนาและวิถีชีวิต. ทั่วโลกมีการห้ามหรือ จำกัด ผลิตภัณฑ์ตามหลักการทางศาสนาหรือศีลธรรม ตัวอย่างเช่นปืนในอังกฤษแอลกอฮอล์ในสังคมมุสลิมและยาเสพติดในประเทศต่างๆ ความสามารถในการผลิตผลิตภัณฑ์ที่ถูกแบนในนาโนแฟคตอรีส่วนตัวอาจทำให้เกิดการหยุดชะงักในสังคมเหล่านั้น.
• ลักษณะที่ปรากฏของ "สารที่หนาสีเทา.“ นักวิทยาศาสตร์บางคนกังวลว่า nanofactories ที่ลอกเลียนแบบตัวเองอาจเป็นอาละวาดกิน biosphere อย่างบ้าคลั่งเพื่อทำสำเนาตัวเองไม่ จำกัด พฤติกรรมต่อต้านสังคมเป็นสิ่งที่ไม่อาจต้านทานได้ต่อประชากรบางส่วน - ดังที่เห็นได้จากจำนวนไวรัสคอมพิวเตอร์ที่มีอยู่ - ผู้คนและกลุ่มที่ขาดความรับผิดชอบมีแนวโน้มที่จะสร้าง nanofactories ที่สามารถจำลองตัวเองได้.

คำสุดท้าย

Steve Jurvetson กรรมการผู้จัดการของ บริษัท ร่วมทุน Draper Fisher Jurvetson อ้างว่าอนาคตของนาโนเทคโนโลยีไม่ใช่เรื่องของ "ถ้า" แต่ค่อนข้าง "เมื่อ" Josh Wolfe ผู้ร่วมก่อตั้ง Lux Capital และบรรณาธิการของ Forbes / Wolfe Nanotech Report ตกลงว่าทุกอย่างไม่ว่าจะเป็นเสื้อผ้าอาหารรถยนต์ที่อยู่อาศัยยาอุปกรณ์สื่อสารอากาศที่เราหายใจและน้ำที่เราดื่มจะได้รับ การเปลี่ยนแปลงที่ลึกซึ้งและพื้นฐาน และผลก็คือโครงสร้างทางสังคมและเศรษฐกิจของโลกจะเป็นเช่นนั้น”

นาโนเทคโนโลยีจะเป็น "ศิลาอาถรรพ์" ที่สามารถทำให้ทุกความปรารถนาเป็นจริงหรือเปิดกล่องแพนโดร่าปลดปล่อยความยากลำบากและความน่าสะพรึงกลัวที่ไม่อาจจินตนาการได้ในชีวิตมนุษย์อย่างที่เรารู้?