ความคิดของศิลปินเกี่ยวกับไบโอ nanorobot เครดิตรูปภาพ: NASA คลิกเพื่อดูภาพขยาย
เมื่อพูดถึงการก้าวกระโดดครั้งต่อไปในการสำรวจอวกาศ NASA กำลังคิดเล็ก - เล็กจริง ๆ
ในห้องทดลองทั่วประเทศองค์การนาซ่าสนับสนุนวิทยาศาสตร์นาโนเทคโนโลยีที่กำลังขยายตัว แนวคิดพื้นฐานคือการเรียนรู้ที่จะจัดการกับสสารในระดับอะตอม - เพื่อให้สามารถควบคุมอะตอมและโมเลกุลแต่ละตัวได้ดีพอที่จะออกแบบเครื่องจักรขนาดโมเลกุลอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ขั้นสูงและวัสดุ "สมาร์ท"
หากผู้มีวิสัยทัศน์ถูกต้องนาโนเทคโนโลยีอาจนำไปสู่หุ่นยนต์คุณสามารถจับปลายนิ้วของคุณ, ชุดอวกาศรักษาตัวเอง, ลิฟต์อวกาศและอุปกรณ์ที่ยอดเยี่ยมอื่น ๆ บางสิ่งเหล่านี้อาจใช้เวลามากกว่า 20 ปีในการพัฒนาอย่างเต็มที่ วันนี้คนอื่น ๆ กำลังเป็นรูปเป็นร่างขึ้น
การทำสิ่งเล็กให้มีประโยชน์ ยกตัวอย่างเช่นลองจินตนาการว่าหากดาวอังคารสามารถเคลื่อนย้ายวิญญาณและโอกาสมาได้จะกลายเป็นแมลงปีกแข็งขนาดเล็กและอาจเผ่นไปตามโขดหินและก้อนกรวดอย่างด้วงสามารถสุ่มแร่ธาตุและค้นหาร่องรอยของน้ำบนดาวอังคาร หุ่นยนต์จิ๋วจิ๋วเหล่านี้หลายร้อยหรือหลายพันตัวสามารถถูกส่งไปในแคปซูลเดียวกับที่มีโรเวอร์ขนาดเท่าโต๊ะสองตัวทำให้นักวิทยาศาสตร์สามารถสำรวจพื้นผิวของดาวเคราะห์ได้มากขึ้นและเพิ่มโอกาสที่จะสะดุดแบคทีเรีย Martian ที่เป็นซากดึกดำบรรพ์!
แต่นาโนเทคเป็นอะไรที่มากกว่าแค่การหดตัว เมื่อนักวิทยาศาสตร์สามารถเรียงลำดับและจัดโครงสร้างอย่างสำคัญในระดับโมเลกุลบางครั้งก็มีคุณสมบัติใหม่ที่น่าอัศจรรย์เกิดขึ้น
ตัวอย่างที่ดีคือที่รักของโลกนาโนเทคคาร์บอนนาโนทิวบ์ คาร์บอนเกิดขึ้นเองตามธรรมชาติเนื่องจากกราไฟต์ซึ่งเป็นวัสดุอ่อนนุ่มสีดำมักใช้กับไส้ดินสอและเป็นเพชร ข้อแตกต่างระหว่างสองคือการจัดเรียงของอะตอมคาร์บอน เมื่อนักวิทยาศาสตร์จัดเรียงอะตอมคาร์บอนเดียวกันในรูปแบบ "ลวดไก่" แล้วม้วนมันลงในหลอดขนาดเล็กเพียง 10 อะตอมข้ามผล "ท่อนาโน" ที่ได้จะมีลักษณะพิเศษบางอย่าง ท่อนาโน:
- มีความต้านทานแรงดึง 100 เท่าของเหล็ก แต่มีน้ำหนักเพียง 1/6
- แข็งแรงกว่าเส้นใยกราไฟท์ 40 เท่า
- นำไฟฟ้าได้ดีกว่าทองแดง
- สามารถเป็นตัวนำหรือเซมิคอนดักเตอร์ (เช่นชิปคอมพิวเตอร์) ขึ้นอยู่กับการจัดเรียงของอะตอม
- และเป็นตัวนำความร้อนที่ดีเยี่ยม
การวิจัยนาโนเทคโนโลยีในปัจจุบันส่วนใหญ่ทั่วโลกมุ่งเน้นไปที่ท่อนาโนเหล่านี้ นักวิทยาศาสตร์ได้เสนอให้ใช้พวกมันสำหรับการใช้งานที่หลากหลาย: ในสายเคเบิลความแข็งแรงสูงและน้ำหนักต่ำที่จำเป็นสำหรับลิฟต์อวกาศ เป็นสายโมเลกุลสำหรับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ระดับนาโน ฝังอยู่ในไมโครโปรเซสเซอร์เพื่อช่วยดูดความร้อนออก; และในฐานะที่เป็นแท่งและเกียร์เล็ก ๆ ในเครื่องจักรระดับนาโนเพียงบอกชื่อไม่กี่
ท่อนาโนนั้นมีความโดดเด่นในการวิจัยที่ศูนย์นาโนเทคโนโลยีของนาซ่า (CNT) ศูนย์แห่งนี้ก่อตั้งขึ้นในปี 1997 และขณะนี้มีนักวิจัยประจำประมาณ 50 คน
Meyya Meyyappan ผู้อำนวยการ CNT กล่าวว่า [[เรา] พยายามที่จะมุ่งเน้นไปที่เทคโนโลยีที่สามารถให้ผลิตภัณฑ์ที่ใช้งานได้ภายในไม่กี่ปีจนถึงหนึ่งทศวรรษ “ ตัวอย่างเช่นเรากำลังดูว่าวัสดุนาโนสามารถใช้สำหรับการช่วยชีวิตขั้นสูง DNA sequencers คอมพิวเตอร์ที่ทรงพลังและเซ็นเซอร์ขนาดเล็กสำหรับสารเคมีหรือแม้แต่เซ็นเซอร์สำหรับโรคมะเร็ง”
เซนเซอร์เคมีที่พวกเขาพัฒนาโดยใช้ nanotubes มีกำหนดบินภารกิจการสาธิตสู่อวกาศบนจรวดกองทัพเรือในปีหน้า เซ็นเซอร์ขนาดจิ๋วนี้สามารถตรวจจับได้เพียงส่วนน้อยต่อส่วนของสารเคมีที่เฉพาะเจาะจงเช่นก๊าซพิษซึ่งมีประโยชน์น้อยสำหรับการสำรวจอวกาศและการป้องกันบ้านเกิด CNT ยังได้พัฒนาวิธีการใช้ nanotubes เพื่อทำให้ตัวประมวลผลในคอมพิวเตอร์ส่วนบุคคลเย็นลงซึ่งเป็นความท้าทายที่สำคัญเนื่องจากซีพียูจะมีประสิทธิภาพมากขึ้นเรื่อย ๆ เทคโนโลยีระบายความร้อนนี้ได้รับใบอนุญาตให้ใช้กับซานตาคลาร่าแคลิฟอร์เนียซึ่งเป็นผลิตภัณฑ์เริ่มต้นที่เรียกว่า Nanoconduction และ Intel ก็แสดงความสนใจเช่นกัน Meyyappan กล่าว
หากการใช้นาโนเทคโนโลยีในระยะใกล้เหล่านี้ดูน่าประทับใจความเป็นไปได้ในระยะยาวนั้นน่าเหลือเชื่ออย่างแท้จริง
สถาบัน NASA สำหรับแนวคิดขั้นสูง (NIAC) ซึ่งเป็นองค์กรอิสระที่ได้รับทุนจากองค์การนาซ่าตั้งอยู่ในแอตแลนตารัฐจอร์เจียถูกสร้างขึ้นเพื่อส่งเสริมการวิจัยเชิงคาดการณ์ล่วงหน้าเกี่ยวกับเทคโนโลยีอวกาศที่ต้องใช้เวลานาน 10 ถึง 40 ปีกว่าจะบรรลุผล
ยกตัวอย่างเช่น NIAC ล่าสุดได้ให้ทุนสนับสนุนการศึกษาความเป็นไปได้ของการผลิตระดับนาโนในคำอื่น ๆ โดยใช้เครื่องจักรโมเลกุลขนาดเล็กจำนวนมากเพื่อผลิตวัตถุที่ต้องการโดยการประกอบอะตอมด้วยอะตอม!
NIAC นั้นมอบให้แก่ Chris Phoenix แห่งศูนย์นาโนเทคโนโลยีที่รับผิดชอบ
ในรายงาน 112 หน้าของเขาฟินิกซ์อธิบายว่า“ นาโนแฟคเตอร์” สามารถผลิตกล่าวว่าชิ้นส่วนยานอวกาศด้วยความแม่นยำระดับอะตอมหมายความว่าทุกอะตอมภายในวัตถุนั้นจะถูกวางไว้ตรงตำแหน่งที่มันอยู่ ส่วนที่เกิดขึ้นจะมีความแข็งแรงมากและรูปร่างของมันอาจอยู่ในความกว้างของอะตอมเดียวของการออกแบบในอุดมคติ พื้นผิวที่เรียบเป็นพิเศษจะไม่ต้องการการขัดหรือการหล่อลื่นและจะไม่เกิด“ การสึกหรอ” เมื่อเวลาผ่านไป ความแม่นยำและความน่าเชื่อถือสูงของชิ้นส่วนยานอวกาศนั้นมีความสำคัญอย่างยิ่งเมื่อชีวิตของนักบินอวกาศมีส่วนสำคัญ
แม้ว่าฟินิกซ์จะร่างแนวคิดการออกแบบบางอย่างสำหรับนาโนแฟคทอรี่บนเดสก์ท็อปในรายงานของเขาเขายอมรับว่า - ขาดงบประมาณขนาดใหญ่“ โครงการ Nanhatten” ในขณะที่เขาเรียกมันว่า - โรงงานนาโนที่ใช้งานอยู่ห่างออกไปอย่างน้อยหนึ่งทศวรรษ
Constantinos Mavroidis ผู้อำนวยการห้องปฏิบัติการ Bionanorobotics ที่มหาวิทยาลัย Northeastern University ในบอสตันได้รับการศึกษาจากวิชาชีววิทยาที่กำลังสำรวจวิธีการทางเลือกเพื่อนาโนเทค:
แทนที่จะเริ่มต้นจากศูนย์วิทยาศาสตร์ในการศึกษาของ NIAC ที่ได้รับทุนจาก Mavroidis ใช้“ เครื่องจักร” โมเลกุลที่มีอยู่แล้วซึ่งสามารถพบได้ในเซลล์ที่มีชีวิตทั้งหมด: โมเลกุลดีเอ็นเอโปรตีนเอนไซม์ ฯลฯ
รูปทรงของวิวัฒนาการมานานหลายล้านปีโมเลกุลทางชีวภาพเหล่านี้มีความเชี่ยวชาญอย่างมากในการจัดการสสารในระดับโมเลกุลซึ่งเป็นสาเหตุที่พืชสามารถรวมอากาศน้ำและสิ่งสกปรกเข้าด้วยกันและผลิตสตรอเบอร์รี่สีแดงฉ่ำ มันฝรั่งมื้อค่ำตอนกลางคืนเข้าสู่เซลล์เม็ดเลือดแดงใหม่วันนี้ การจัดเรียงอะตอมใหม่ที่ทำให้การกระทำเหล่านี้เป็นไปได้นั้นดำเนินการโดยเอนไซม์และโปรตีนพิเศษหลายร้อยชนิดและ DNA จัดเก็บรหัสไว้สำหรับการสร้างมัน
การใช้ประโยชน์จากเครื่องจักรโมเลกุล“ ก่อนทำ” - หรือใช้เป็นจุดเริ่มต้นสำหรับการออกแบบใหม่ - เป็นวิธีการที่เป็นที่นิยมสำหรับนาโนเทคโนโลยีที่เรียกว่า“ ไบโอนาโนเทค”
“ ทำไมต้องบูรณาการล้อ” Mavroidis พูดว่า “ ธรรมชาติทำให้เรามีนาโนเทคโนโลยีที่ยิ่งใหญ่และบริสุทธิ์สูงทั้งหมดนี้อยู่ภายในสิ่งมีชีวิตดังนั้นทำไมไม่ลองใช้มันและลองเรียนรู้จากมัน?”
การใช้งานเฉพาะของไบโอนาโนเทคที่ Mavroidis เสนอในการศึกษาของเขานั้นเป็นเรื่องอนาคต แนวคิดหนึ่งที่เกี่ยวข้องกับการแต่ง“ ใยแมงมุม” ของหลอดผมบางที่เต็มไปด้วยเซ็นเซอร์ชีวภาพนาโนเทคในภูมิประเทศหลายสิบไมล์เพื่อทำแผนที่สภาพแวดล้อมของดาวเคราะห์ต่างด้าวบางแห่งในรายละเอียดที่ยอดเยี่ยม อีกแนวคิดที่เขาเสนอคือ "ผิวหนังชั้นที่สอง" เพื่อให้นักบินอวกาศสวมใส่ในอวกาศของพวกเขาซึ่งจะใช้ไบโอนาโนเทคเพื่อรับรู้และตอบสนองต่อการฉายรังสีผ่านชุดสูทและเพื่อปิดผนึกรอยบาดหรือรอยเลือดอย่างรวดเร็ว
อนาคต? อย่างแน่นอน ไปได้หรือไม่ อาจจะ. Mavroidis ยอมรับว่าเทคโนโลยีดังกล่าวอาจอยู่ห่างออกไปหลายสิบปีและเทคโนโลยีนั้นในอนาคตอาจจะแตกต่างจากที่เราจินตนาการไว้มาก ถึงกระนั้นเขาก็บอกว่าเขาเชื่อว่ามันสำคัญที่จะต้องเริ่มคิดในตอนนี้เกี่ยวกับสิ่งที่นาโนเทคโนโลยีอาจทำให้เป็นไปได้เมื่อหลายปีก่อน
เมื่อพิจารณาว่าชีวิตนั้นเป็นตัวอย่างที่ดีที่สุดของนาโนเทคความเป็นไปได้ที่น่าตื่นเต้นแน่นอน
แหล่งที่มาดั้งเดิม: NASA News Release
