Nghệ sĩ Quan niệm về một nanorobot sinh học. Tín dụng hình ảnh: NASA. Nhấn vào đây để phóng to
Khi nói đến bước nhảy vọt khổng lồ tiếp theo của người Viking trong hành trình khám phá vũ trụ, NASA đang nghĩ nhỏ - thực sự rất nhỏ.
Trong các phòng thí nghiệm trên khắp đất nước, NASA đang hỗ trợ khoa học công nghệ nano đang phát triển. Ý tưởng cơ bản là học cách đối phó với vật chất ở quy mô nguyên tử - để có thể điều khiển các nguyên tử và phân tử riêng lẻ đủ tốt để thiết kế các máy có kích thước phân tử, thiết bị điện tử tiên tiến và vật liệu thông minh.
Nếu nhìn xa trông rộng, công nghệ nano có thể dẫn đến robot bạn có thể cầm trên đầu ngón tay, bộ đồ tự phục hồi, thang máy không gian và các thiết bị tuyệt vời khác. Một số trong những điều này có thể mất hơn 20 năm để phát triển đầy đủ; những người khác đang hình thành trong phòng thí nghiệm ngày hôm nay.
Đơn giản chỉ cần làm cho mọi thứ nhỏ hơn có lợi thế của nó. Ví dụ, hãy tưởng tượng, nếu Sao Hỏa thu hút Linh hồn và Cơ hội có thể được tạo ra nhỏ như một con bọ cánh cứng và có thể lướt qua đá và sỏi như một con bọ cánh cứng, lấy mẫu khoáng sản và tìm kiếm manh mối về lịch sử của nước trên Sao Hỏa. Hàng trăm hoặc hàng ngàn robot nhỏ bé này có thể đã được gửi trong cùng một viên nang mang hai chiếc đu quay có kích thước bàn, cho phép các nhà khoa học khám phá nhiều hơn trên bề mặt hành tinh - và tăng tỷ lệ vấp phải vi khuẩn sao Hỏa hóa thạch!
Nhưng công nghệ nano không chỉ dừng lại ở việc thu nhỏ mọi thứ. Khi các nhà khoa học có thể cố tình đặt hàng và cấu trúc vật chất ở cấp độ phân tử, các tính chất mới đáng kinh ngạc đôi khi xuất hiện.
Một ví dụ tuyệt vời là con cưng của thế giới công nghệ nano, ống nano carbon. Carbon xảy ra tự nhiên dưới dạng than chì - vật liệu mềm, đen thường được sử dụng trong chì chì - và như kim cương. Sự khác biệt duy nhất giữa hai là sự sắp xếp của các nguyên tử carbon. Khi các nhà khoa học sắp xếp các nguyên tử carbon giống nhau thành một mô hình dây gà gà và cuộn chúng thành các ống cực nhỏ chỉ có 10 nguyên tử, kết quả là các ống nano của Hồi có được một số đặc điểm khá phi thường. Ống nano:
- có độ bền gấp 100 lần thép, nhưng chỉ bằng 1/6 trọng lượng;
- mạnh hơn 40 lần so với sợi than chì;
- dẫn điện tốt hơn đồng;
- có thể là chất dẫn hoặc chất bán dẫn (như chip máy tính), tùy thuộc vào sự sắp xếp của các nguyên tử;
- và là chất dẫn nhiệt tuyệt vời.
Phần lớn nghiên cứu công nghệ nano hiện nay trên toàn thế giới tập trung vào các ống nano này. Các nhà khoa học đã đề xuất sử dụng chúng cho một loạt các ứng dụng: trong cáp có độ bền cao, trọng lượng thấp cần thiết cho thang máy không gian; làm dây phân tử cho thiết bị điện tử quy mô nano; nhúng trong bộ vi xử lý để giúp hút nhiệt; và như những thanh và bánh răng nhỏ trong các máy có kích thước nano, chỉ kể tên một số.
Nanotubes nổi bật trong nghiên cứu đang được thực hiện tại Trung tâm Công nghệ nano của NASA Ames (CNT). Trung tâm được thành lập vào năm 1997 và hiện có khoảng 50 nhà nghiên cứu toàn thời gian.
Giám đốc CNT Meyya Meyyappan cho biết, [Chúng tôi] cố gắng tập trung vào các công nghệ có thể mang lại các sản phẩm có thể sử dụng trong vòng vài năm đến một thập kỷ. Ví dụ, chúng tôi đang xem xét cách sử dụng vật liệu nano để hỗ trợ cuộc sống tiên tiến, trình tự DNA, máy tính cực mạnh và cảm biến nhỏ cho hóa chất hoặc thậm chí là cảm biến cho bệnh ung thư.
Một cảm biến hóa học mà họ phát triển sử dụng ống nano được lên kế hoạch để thực hiện một nhiệm vụ trình diễn vào vũ trụ trên một tên lửa của Hải quân vào năm tới. Cảm biến nhỏ bé này có thể phát hiện chỉ một vài phần tỷ tỷ hóa chất cụ thể như các loại khí độc hại, làm cho nó hữu ích cho cả thám hiểm không gian và bảo vệ quê hương. CNT cũng đã phát triển một cách sử dụng ống nano để làm mát bộ vi xử lý trong máy tính cá nhân, một thách thức lớn khi CPU ngày càng mạnh hơn. Công nghệ làm mát này đã được cấp phép cho Santa Clara, California, công ty khởi nghiệp có tên Nanocondraction và Intel thậm chí còn bày tỏ sự quan tâm, Meyyappan nói.
Nếu những ứng dụng gần đây của công nghệ nano có vẻ ấn tượng, thì các khả năng dài hạn thực sự gây chú ý.
Viện các khái niệm tiên tiến của NASA (NIAC), một tổ chức độc lập do NASA tài trợ ở Atlanta, Georgia, được thành lập để thúc đẩy nghiên cứu hướng tới các công nghệ vũ trụ triệt để sẽ mất 10 đến 40 năm để có kết quả.
Ví dụ, một khoản tài trợ NIAC gần đây đã tài trợ cho một nghiên cứu khả thi về sản xuất nano ở quy mô khác, sử dụng số lượng lớn máy phân tử siêu nhỏ để tạo ra bất kỳ vật thể mong muốn nào bằng cách lắp ráp nguyên tử bằng nguyên tử!
Khoản tài trợ NIAC đó đã được trao cho Chris Phoenix thuộc Trung tâm Công nghệ nano có trách nhiệm.
Trong báo cáo 112 trang của mình, Phoenix giải thích rằng một bộ phận nano nano có thể tạo ra các bộ phận tàu vũ trụ với độ chính xác nguyên tử, nghĩa là mọi nguyên tử trong vật thể được đặt chính xác nơi nó thuộc về. Phần kết quả sẽ cực kỳ mạnh mẽ và hình dạng của nó có thể nằm trong một chiều rộng nguyên tử duy nhất của thiết kế lý tưởng. Các bề mặt siêu mịn sẽ không cần đánh bóng hoặc bôi trơn, và sẽ hầu như không bị mài mòn và làm rách nát theo thời gian. Độ chính xác và độ tin cậy cao như vậy của các bộ phận tàu vũ trụ là tối quan trọng khi cuộc sống của các phi hành gia bị đe dọa.
Mặc dù Phoenix đã phác thảo một số ý tưởng thiết kế cho một sản phẩm nano máy tính để bàn trong báo cáo của mình, ông thừa nhận rằng - thiếu một Dự án Nanhatten ngân sách lớn, ông gọi là - một công nghệ nano hoạt động cách đó ít nhất một thập kỷ, và có thể lâu hơn nữa.
Lấy một gợi ý từ sinh học, Constantinos Mavroidis, giám đốc Phòng thí nghiệm Bionanorobotics tính toán tại Đại học Đông Bắc Boston, đang khám phá một phương pháp thay thế cho công nghệ nano:
Thay vì bắt đầu từ đầu, các khái niệm trong nghiên cứu do Mavroidis Wild NIAC tài trợ sử dụng các máy phân tử chức năng, có sẵn có thể tìm thấy trong tất cả các tế bào sống: phân tử DNA, protein, enzyme, v.v.
Được định hình bởi sự tiến hóa qua hàng triệu năm, các phân tử sinh học này đã rất thành thạo trong việc điều khiển vật chất ở quy mô phân tử - đó là lý do tại sao cây có thể kết hợp không khí, nước và bụi bẩn và tạo ra một quả dâu tây đỏ mọng nước và cơ thể của một người có thể chuyển đổi lần cuối bữa tối khoai tây vào các tế bào hồng cầu mới ngày nay. Việc sắp xếp lại các nguyên tử làm cho các chiến công này có thể được thực hiện bởi hàng trăm enzyme và protein chuyên dụng và DNA lưu trữ mã để tạo ra chúng.
Sử dụng các máy phân tử đã được chế tạo sẵn của thành phố này - hoặc sử dụng chúng làm điểm khởi đầu cho các thiết kế mới - là một cách tiếp cận phổ biến đối với công nghệ nano được gọi là công nghệ nano sinh học.
Tại sao lại phát minh lại bánh xe? Mavroidis nói. Thiên nhiên đã cho chúng ta tất cả công nghệ nano tuyệt vời, tinh tế cao này bên trong các sinh vật sống, vậy tại sao không sử dụng nó - và cố gắng học hỏi điều gì đó từ nó?
Các ứng dụng cụ thể của công nghệ nano sinh học mà Mavroidis đề xuất trong nghiên cứu của ông là rất có tương lai. Một ý tưởng liên quan đến việc xếp nếp một loại “mạng nhện của” ống tóc mỏng đóng gói với các cảm biến sinh học công nghệ nano trên hàng chục dặm của địa hình, như là một cách để lập bản đồ môi trường của một số hành tinh xa lạ rất chi tiết. Một khái niệm khác mà ông đề xuất là một làn da thứ hai, dành cho các phi hành gia mặc trang phục vũ trụ sử dụng công nghệ nano sinh học để cảm nhận và phản ứng với bức xạ xuyên qua bộ đồ, và nhanh chóng bịt kín bất kỳ vết cắt hoặc vết thủng nào.
Tương lai? Chắc chắn rồi. Khả thi? Có lẽ. Mavroidis thừa nhận rằng các công nghệ như vậy có thể cách xa hàng thập kỷ và công nghệ đó trong tương lai có thể sẽ rất khác so với những gì chúng ta tưởng tượng bây giờ. Tuy nhiên, ông nói rằng ông tin rằng điều quan trọng là bắt đầu suy nghĩ ngay bây giờ về những gì công nghệ nano có thể làm được trong nhiều năm tới.
Xem xét rằng chính cuộc sống, theo một nghĩa nào đó, là ví dụ cuối cùng của công nghệ nano, các khả năng thực sự rất thú vị.
Nguồn gốc: NASA News Release
