М. Рид и его коллеги сделали две экспериментальных модели транзистора, одна из которых почти не работает, а другая функционирует нормально. Первая, неработающая модель состоит из восьми атомов углерода, расположенных в линию, по бокам которой располагаются атомы водорода. Целью ее создания была простая демонстрация того, что можно сделать транзистор таких размеров. Электрон проходит через цепочку атомов, но для его продвижения необходимо слишком много энергии и устройство становится неэффективным.
Во втором случае ученые взяли шесть атомов углерода и водорода и разместили их циклически, создав, таким образом, молекулу бензола. В этом случае ток легко течет через нее от одного золотого электрода к другому.
Поскольку атомы углерода образуют кольцо, они легко могут делиться электронами. Это и позволяет току легко течь через транзистор. Современные кремниевые транзисторы достигают размеров 45 нм, некоторые исследователи создавали и еще меньшие работающие образцы. Но когда из них собирается микросхема, она все равно сильно греется из-за энергопотерь. В молекулярном транзисторе атомы углерода образуют кольцо, они легко могут делиться электронами. Это и позволяет току легко течь через транзистор. Использование таких транзисторов поможет, по мнению разработчиков, создать негреющиеся и гораздо более долговечные электронные устройства.
Впрочем, как замечают ученые, хотя это и открытие, но до его применения в производстве электроники еще далеко. Во-первых, нуждается в доработке технология производства – из всех создаваемых М. Ридом и его коллегами транзисторов рабочими оказывается только 15%, что заставляет усомниться в надежности устройства. Во-вторых, необходимо разработать сборку микросхемы, ведь в нее должны входить тысячи таких транзисторов, а как заявляют многие специалисты, такая технология может не появиться еще лет десять. Впрочем, ученые настроены вполне оптимистично. В их планы входит дальнейшая отладка работы устройства и схемы его сборки. Согласно их словам, то, что они разработали «в любом случае является научным прорывом».
500 терабайт в одном дюйме
Ученые разработали систему переключения на молекулярном уровне, которая приводит к радикальному увеличению объема хранимой информации без увеличения размера устройства. Благодаря прорыву в области нанотехнологий ученых объем памяти на единицу площади может увеличиться в 150 тыс раз.
Ученые добились размещения объема информации в 500 терабайт, записанных на одном квадратном дюйме (около шести кв. см.), в то время как при текущей технологии на аналогичном пространстве умещалось лишь 3.3 гигабайта информации. По мнению ученых, главным преимуществом молекулярного переключателя является увеличенная плотность транзисторов, что увеличит объем хранимой информации до четырех петабайт (1 петабайт = 1024 терабайт) на квадратный дюйм. По словам ученых, с помощью их разработки количество транзисторов, размещаемых на одном чипе, может быть увеличено с текущего предела в 200 миллионов до одного миллиарда транзисторов.
Аккумулятор из рубашки
Кому не случалось, выйдя из дома, обнаружить, что зарядить свои гаджеты он забыл и теперь не только не удастся послушать музыку в дороге, но и совершить нужные звонки? Калифорнийские ученые заявляют, что это неудобство может остаться в прошлом, поскольку скоро можно будет подзарядить мобильное устройство от собственной одежды. С помощью нанотехнологий обычный хлопок и полиэстер может превратиться в электропроводную ткань, которая будет работать в роли аккумулятора.
«Электроника, которую человек может носить на себе, представляет собой динамично развивающуюся отрасль, в рамках которой электронные устройства приобретают гибкость, растяжимость и малый вес, что позволяет создавать устройства, ранее невозможные,» - заявляет исследователь: «Высокотехнологичная спортивная одежда, встроенные дисплеи, новые виды переносных аккумуляторов, встроенные системы контроля биологических параметров – вот примеры таких устройств».
В основе создания электропроводной ткани лежит пропитка хлопковой или полиестеровой ткани краской, насыщенной углеродными нанотрубками. После этого ткань приобретает необычное свойство – способность накапливать электрический ток. При этом ткань не теряет своей эластичности и, как показали опыты, сохраняет новое свойство после многократных стирок.
Нанороботы
Современная наука и инженерия нуждаются в помощи роботизированной техники для решения различных задач. При этом проблемы, все чаще встающие перед учеными, требуют создания не гигантов, способных вырыть котлован одним движением ковша, а крошечных, невидимых глазу машин. Эти продукты инженерии непохожи на роботов в привычном понимании, однако способны самостоятельно выполнять сложные задачи по имеющимся алгоритмам. Такие машины называют нанороботами. Микроскопические роботы могут решать массу важных для человечества задач, совершить переворот в медицине, уничтожать вредные отдходы и даже готовить необходимую людям инфраструктуру для жизни на других планетах. Однако любой, даже самый мизерный программный сбой может оказаться для человечества фатальным.
Нанороботы (в англоязычной литературе также используются термины «наноботы», «наноиды», «наниты») - роботы, созданные из наноматериалов и размером сопоставимые с молекулой. Они должны обладать функциями движения, обработки и передачи информации, исполнения программ. Размеры нанороботов не превышают нескольких нанометров. Согласно современным теориям, нанороботы должны уметь осуществлять двустороннюю коммуникацимю: реагировать на акустические сигналы и быть в состоянии подзаряжаться или перепрограммироваться извне посредством звуковых или электрических колебаний. Также важной представляются функции репликации – самосборки новых нанитов и программированного самоуничтожения, когда среда работы, например, человеческое тело, более не нуждается в присутствии в нем нанороботов. В последнем случае роботы должны распадаться на безвредные и быстовыводимые компоненты.
Сфера применения нанроботов очень широка. По сути, они могут быть необходимы при создании, отладке и поддержании функционирования любой сложной системы. Наномашины могут применяться в электронике для создания миниустройств или электрических цепей - данная технология называется молекулярной наносборкой. В перспективе любая сборка на заводе из компонентов может быть заменена простой сборкой из атомов.
Однако на первое место сейчас вышел вопрос применения нанороботов в медицине. Тело человека как бы наталкивает на мысль о нанороботах, поскольку само содержит множество естественных наномеханизмов: множество нейтрофилов, лимфоцитов и белых клеток крови постоянно функционируют в организме, восстанавливая поврежденные ткани, уничтожая вторгшиеся микроорганизмы и удаляя посторонние частицы из различных органов. Путем обычной инъекции нанороботы могут быть впрыснуты в кровь или лимфу. Для наружного применения раствор с этими роботами может быть нанесен на участок ткани. Одним из разработанных направлений является транспортировка лекарства к пораженным клетками. При обычном введении лекарства лишь одна молекула из ста тысяч достигает цели, в то время как наноустройство в белковой оболочке увеличивает эффективность на два порядка, в перспективе не будет опознаваться фагоцитами как «чужой» и после выполнения функции распадается на безвредные компоненты. Такие нанороботы могут быть эффективными, например, при медикаментозном лечении раковых опухолей.
Нанороботы могу делать буквально все: диагностировать состояния любых органов и процессов, вмешиваться в эти процессы, доставлять лекарства, соединять и разрушать ткани, синтезировать новые. Фактически, нанороботы могут постоянно омолаживать человека, реплицируя все его ткани. На данном этапе учеными разработана сложная программа, моделирующая проектирование и поведение нанороботов в организме. Чрезвычайно детально разработаны аспекты маневрирования в артериальной среде, поиска белков с помощью датчиков. Ученые провели виртуальные исследования нанороботов для лечения диабета, исследования брюшной полости, аневризмы мозга, рака, биозащиты от отравляющих веществ.
Наноконкурент металла
Нанокомпозит оксида алюминия и полимера оказался прочен, как металл, но при этом значительно легче. Ученые включили крошечные пластинки оксида алюминия в полимер для получения легкого, эластичного и прочного материала. Результатом его применения могут стать долговечные протезы костей и зубов, легкие почти не изнашивающиеся детали автомобилей и самолетов, эластичные и прозрачные печатные платы и электронные элементы.
Пытаясь создать такой материал, ученые старались скопировать наноструктуры, наблюдаемые в природе. Раковины, кости, зубная эмаль – все эти материалы состоят из прочных микропластинок, находящихся в полимерной матрице, как кирпичи в растворе. Такая структура позволяет соединить гибкость полимера с прочностью керамики.
Исследователи из Мичиганского университета работали с керамополимерами, которые были исключительно прочны, но хрупки и ломались при деформации. По словам профессора Швейцарского технологического университета, ведущего работу над полимерами с оксидом алюминия, их материал впятеро прочней разработанного мичиганской группой, и при этом более эластичен. Пленка композита прочна как алюминевая фольга, однако может растянуться на 25%, тогда как фольга рвется при растяжении на 2%.