Презентация, доклад Нанотехнологии - наше будущее

космосе
Нанотехнологии в медицине
Микроскопия

сформировать экспериментальные понятия и навыки.
Показать роль нанотехнологий как нового принципа познания природы и нового подхода к техническим и экологическим проблемам, развить нравственные, трудовые и патриотические качества.
Развить интерес к нанотехнологии и областям ее применения, сформировать потребность для самостоятельного изучения нанотехнологии.

порядка нанометра), т. е. на уровне отдельного атома. Можно получать вещества с заданной атомарной структурой, путем манипулирования отдельными атомами, таким образом управлять физическими и химическими свойствами получаемого материала.

из нескольких атомов.
Создание наномашин, то есть механизмов и роботов размером с молекулу
Непосредственная манипуляция атомами и молекулами и сборка из них чего угодно.

лидером в данной области, и ее доля на мировом рынке составляет- всего 0,07 процента. Это объясняется множеством причин. Прежде всего, недостаточным финансированием этой области, нехваткой квалифицированных специалистов.

они первые начали вкладывать средства в эту сферу. За ними идут страны Европы и Китай, который в последнее время наращивает обороты.

области нанотехнологий
24 апреля 2007 года Президентом РФ было подписано «Стратегии развития наноиндустрии»
19 июля 2007 года была создана государственная корпорация «Роснано»
8 октября 2008 года было создано «Нанотехническое общество России»

Поэтому неслучайно нанотехнологии в первую очередь вызвали интерес в военной сфере.
По словам заместителя председателя Правительства России Сергея Иванова: «Комплексное использование нанотехнологий в оборонной промышленности способно кардинально изменить боевые действия и характер современной войны».
Новая техника, созданная с применением нанотехнологии, может координально поменять характер войны - боевые действия станут быстрыми, будут осуществляться в полуавтоматическом удаленном режиме.
Основной военной силой, кроме техники, является человеческий ресурс. Для сохранения последнего часть функций планируется передать технике. Например, в 2015 г. около трети военной техники будет работать в полуавтоматическом режиме.
Кроме того, современные технологии должны сделать все возможное, чтобы облегчить ведения боя для людей (создавать новые маскирующие материалы, облегчить экипировку и т.д.).
С 2007 г. после послания Федеральному Собранию Владимира Путина нанотехнологии признаны «наиболее приоритетным направлением развития науки и техники», создана государственная корпорация «Роснанотех», принята государственная программа развития нанотехнологий.
Такие шаги государства в сторону нанотехнологии - не дань моде, а суровая необходимость. Ведь страна, первая освоившая и выпускающая воору­жения во всем нанодиапазоне, приобретет огромную военную силу, которой мало кто сможет противостоять. Известно разве что главное свойство нанооружия - против него нет другой защиты, кроме нанозащиты.

человеческих потерь. Пока воюют люди и не создано роботов, которые могли бы воевать вместо них, задача любой технологии свести человеческие потери к минимуму (в идеале исключить их).
Для решения этой задачи разрабатывается костюм солдата будущего. Этот костюм должен выполнять двойную функцию. С одной стороны, делать из солдата сверхчеловека, повышая ее выносливость, с другой, создавая все условия для его выживания в тяжелых условиях (ранение, химическая или газовая атака).
На недавней выставке в Капитолии члены Конгресса США смогли увидеть две «демонстрационные модели» солдат: образца 2010 и 2020 гг. Там же был представлен видеоролик, объясняющий работу новых костюмов и их отличие от современных.

военному точно определять свое на электронной карте, дислокацию своих и вражеских войск на местности.
На шлеме укреплен монокль, присоединенный к прицелу винтовки, это позволяет вести прицельный огонь из-за прикрытия, не подвергая свою жизнь ненужной опасности. Электронный прицел сможет увеличивать цель в 12 раз, что увеличивает вероятность попадания в несколько раз. Комплект, кроме того, должен включать в себя прибор ночного видения.
Для проведения некоторых операций требуется идеальная тишина. Чтобы избежать лишнего шума, обычный микрофон в шлеме «солдата будущего» за­менили системой сенсоров. Солдату достаточно как бы проговорить слова, а система датчиков преобразующих вибрации костей черепа и челюстей в звуковой сигнал.
Весь обмен информацией будет производиться через проектор, информация с которого подается прямо на сетчатку. Солдат на 17-дюймовом (мониторе проекция идет на сетчатку глаза) будет видеть информацию в режиме он­лайн и оперативно реагировать на нее. Датчики, встроенные в костюм, будут снимать и выводить сведения о состоянии организма (пульс, кровяное давле­ние, кардиограмма, температура тела и окружающей среды, радиоактивность среды, количество воды, которое выпил солдат).
Например, Контроль над количеством жидкости позволит экономнее рас­ходовать воду и предотвратить обезвоживание организма.

отличии от нескольких сантиметров сего­дня. Броня должна стать для солдат второй кожей, облегая его. В этот тонкий слой должен стать экзоскелетом, бронежилетом, универсальным медицинским диагностическим инструментом за счет сложных молекулярных компонентов, содержащихся в нем. Такая функциональность не только позволит расширить возможности костюма, но и значительно облегчит его. Для сравнения обмунди­рование солдата, воевавшего в Ираке, весило 48 килограмм. Обмундирование, представленное на презентации в 2010 г., - 20 килограмм, а со временем ста­нет еще легче. Но главное не только облегчить костюм, но сделать так, чтобы он сам поддерживал и переносил бойца.
Новые материалы на основе нескольких полимеров: кевлар (Kevlar), туарон (Twaron) или динима (Dyneema), смогут защитить солдата от попадания пуль и осколков. Энергопоглощающие полимеры на основе жидких кристаллов смогут утилизировать энергию пуль и осколков, попадающих в солдата. Поли­меры при их деформации распределят энергию по всей поверхности. Новая броня сможет принять неограниченное количество пуль, в то время как совре­менные бронежилеты после попадания определенного количества пуль прихо­дят в негодность.
Австралийские ученые из Сиднейского университета в качестве основы материала для бронежилетов будущего предложили использовать полые угле­родные волокна (нанотрубки). Нанотрубки обладают особой прочностью (да­масская сталь), исследования выявили еще одно свойство нанотрубок, которое ученые назвали «пулеотталкивающим». Субмикроскопические полые углеродные волокна значительно более эластичны, чем выше указанные полимеры. Нанотрубки, прогибаясь, останавливают продвижение пули и перераспределя­ют кинетическую энергию последней по всему объему защитного материала. Затем волокно приобретает прежнюю форму и своеобразно отталкивает пулю от себя. В результате попадания снаряда в современную броню человек полу­чает удар по всей площади бронежилета, а не локально, как было раньше. По­лучает ушибы внутренних органов, но остается жить, ограничиваясь синяками.
Многие идеи человечество заимствуем у природы. Еще один природными материал, обладающий необычными свойствами, - паутина. Паутина прочна, водоустойчива, гибка и легка. Многие исследователи предлагают использовать искусственную паутину, чтобы сделать костюм толщиной в несколько миллиметров.
Кроме огнестрельного оружия, солдат может подвергаться химической или биологической атаке. Для эффективного распознания химической или био­логической опасности предполагается использовать клетки печени. Как только к ним поступят вещества, вредные для человека, они выработают определенный химический ответ, поступающий на компьютер шлема, и солдат получит сообщение об опасности Для автономного обеспечения солдата нужен также независимый источ­ник электроэнергии. Для этого в костюм солдата поместят ряд гибких солнеч­ных панелей. В рюкзаке за спиной солдата разместится аппаратура глобальной системы позиционирования, которая не позволит ему заблудиться даже в са­мой сложной местности. Это позволит сосредоточиться на ведении боя. Солда­ты в реальном времени смогут не только получать информацию о своем состо­янии, но и обмениваться данными с транспортными средствами, вертолетами, танками, роботами поддержки, дистанционно управлять техникой.

г. увеличение си­лы человека на 300%. На сегодняшний день добились увеличения на 35%.
При создании костюма у разработчиков возникло несколько проблем: как соединить все составные части в одну модель и добиться эффективного со­единения человека с механизмами костюма.
Солдат будущего должен поражать своей автономностью, мобильностью и неуязвимостью.

«Такие устройства будут представлять собой компьютерный микрочип, покрытый пластиковой оболочкой, которая сможет менять свою форму при подаче электрического им­пульса и таким образом двигаться в направлении, определенном оператором». Если полимерную оболочку такого устройства сжать при помощи определенно­го электрического заряда, то пылинка станет подниматься выше, а если рас­плющить - вниз.
Для успешного проведения операций в будущем традиционных солдат собираются заменить нанороботами. Спектр применения нанороботов доста­точно широк - от сбора информации о противнике до автоматического поиска и дистанционного уничтожения цели.

разработки одновременно впечатляют и пугают.
В 2009 году на вооружение Российской армии поступил новый боевой танк Т-95.
Новый танк - это не только новая защита, но и новая идеология вооруже­ния и ведения боя. Например, экипаж будет сокращен с трех до одного челове­ка, принимающего индивидуально решения.
В московском Научно-исследовательском институте стали и Институте прикладных нанотехнологий из подмосковного Зеленограда разработаны пер­вые опытные образцы «жидкой» брони, которые проходят баллистические ис­пытания. В опыте слои стандартной баллистической ткани гелиевой компози­цией на основе фтора с наночастицами окиси корунда (на вид обычная плотная ткань). Однако при резком ударном воздействии на нее находящийся внутри гель мгновенно затвердевает, предотвращая проникновение пули за преграду.

техники, так и солдат. С помощью нанокраски военную одежду и технику можно сделать мимикрирующей. Техника и одежда будут ме­нять цвет, сливаясь с окружающей средой (в пустыне - с песком, в лесу с зе­ленью, зимой - со снежным покровом).

присоединен к поверхности Земли, а другой находится на геосинхронизированной орбите в космосе (на высоте 100 000 км). Гравитационное притяжение нижнего конца ленты компенсируется силой, вызванной центростремительным ускорением верхнего конца. Таким образом лента постоянно находится в натянутом состоянии. Изменяя длину ленты, можно достигать разных орбит. Космическая капсула, содержащая полезный груз, будет передвигаться вдоль ленты. Для начального старта капсулы потребуется усилие, но, как только она будет приближаться к концевой станции, ее скорость будет увеличиваться из-за центростремительного ускорения всей системы. На конечной станции, если это необходимо, капсула отсоединяется от лифта и выходит в открытый космос. Скорость капсулы при этом будет составлять 11 км/с. Этой скорости будет достаточно для того, чтобы начать путешествие к Марсу и другим планетам. Таким образом, затраты на пуск капсулы будут только в начале ее пути на орбиту. Спуск будет производиться в обратном порядке - в конце спуска капсулу будет ускорять гравитационное поле Земли. Можно использовать космический лифт в качестве "пусковой платформы" для космических кораблей, запускаемых к другим планетам, спутникам и астероидам (Марсу, Венере, Луне). Это поможет сократить расходы, связанные с традиционным запуском химических ракет. Также можно построить лифт грузоподъемностью до 100 тонн, что позволит строить на орбите большие колонии и орбитальные станции."

присоединен к поверхности Земли, а другой находится на геосинхронизированной орбите в космосе (на высоте 100 000 км). 

основе могут вытеснить большинство современных аэроконструкционных материалов. Композиты на основе нанотрубок позволят уменьшить вес современных космических аппаратов почти вдвое. Исследователи из NASA и компания LiftPort Inc. предлагают упростить вывод крупных объектов на орбиту, используя систему, названную ими "Космическим лифтом". Вот как объясняет концепцию космического лифта доктор Брэдли Эдвардс в отчете NIAC:      Однослойные углеродные нанотрубки, изобретенные в 1991 году, достаточно прочны для того, чтобы служить основой ленты лифта. Они прочнее стали в 100 раз и, теоретически, в 3-5 раз прочнее, чем необходимо для постройки лифта. Для ленты космического лифта алмазоид был бы универсальным материалом. Он будет характеризоваться большей прочностью, но, опять-таки, пока нет эффективных способов получения и массового производства алмазоидных материалов.      Однако первые успехи в области сверхпрочных материалов из нанотрубок уже достигнуты. Две различные команды исследователей из США и Австралии создали прозрачную ткань, состоящую из нанотрубок длиной 1 м и шириной 5 см. Ранее ученым удавалось получить нанотрубки длиной только несколько сантиметров. Как и ожидалось, лента обладает высокой прочностью. Соотношение прочность/вес материала ленты выше, чем у стали высокой закалки. При этом ткань можно оборудовать органическими светодиодами, превратив ее в гибкий сверхтвердый OLED-экран. 

открытие нанотрубок, концепция космического лифта не продвинулась бы дальше научной фантастики. Надо сказать, что идее космического лифта уже больше ста лет. Впервые о подъемнике такого рода заговорил в 1895 году Константин Циолковский. Основоположник современной космонавтики предложил построить башню высотой в тысячи километров, которая должна была быть укреплена на какой-либо тверди на околоземной орбите. Самым прочным материалом в то время была сталь, но для строительства "башни" она была слишком тяжела.      Однослойные углеродные нанотрубки, изобретенные в 1991 году, достаточно прочны для того, чтобы служить основой ленты лифта. Они прочнее стали в 100 раз. Теоретически, они в 3-5 раз прочнее, чем надо для постройки лифта.      Компания настроена вполне оптимистично, так как недавно стало известно о новых технологиях в производстве нанотрубок. Так, ученые из Кембриджского университета разработали способ формирования пряжи из длинных волокон, которые состоят из нанотрубок. Алан Уиндл (Alan Windle) и его коллеги из Кембриджа для изготовления пряжи использовали свежеприготовленные нанотрубки.      Исходный материал - нанотрубки - обрабатывают этанолом, который в дальнейшем служит источником углерода, затем добавляют катализатор (ферроцен) и еще один реагент - тиофен. Смесь загружают в горячую печь, куда постоянно подают водород. Продукт получают в форме спутанных волокон, по виду похожих на сахарную вату. Затем эти волокна наматывают на вращающиеся стержни, в итоге получались скрученные волокна.      Ученые признают, что создан лишь прототип новой технологии. Да и прочность полученного волокна пока не впечатляет - она не сильно отличается от прочности традиционных волокон. Однако уже видны различные пути увеличения прочности, например, за счет ориентирования углеродных трубок в одном направлении. Если прочность удастся повысить в 10 раз, то это значение приблизится к прочности углеродных волокон, а само производство волокна при этом может оказаться более дешевым за счет использования более дешевых компонентов. Пока не ясно, можно ли этим способом создать такой канат, который по прочности на разрыв будет сопоставим с прочностью самих нанотрубок. Но если это удастся сделать, то компания LiftPort получит шанс на сокращение срока постройки лифта.      

Дрекслер в своих фундаментальных работах описал основные методы лечения и диагностики на основе нанотехнологий. Ключевой проблемой достижения этих поразительных результатов является создание машин ремонта клеток, прототипами которых являются нанороботы, называемые также ассемблерами или репликаторами. Но если обычные нанороботы должны уметь превращать одну вещь в другую, переставляя составляющие их атомы, то медицинские нанороботы должны уметь диагностировать болезни, циркулируя в кровеносных и лимфатических системах человека и внутренних органов, доставлять лекарства и даже делать хирургические операции. Они смогут уничтожать болезни еще в момент их зарождения и возвращать молодость. Кроме того, представляется актуальным нахождение нанороботов в нервной системе для анализа ее деятельности, а также возможность корректировки собственной ДНК, например, для лечения аллергии и диабета. Медицинские нанороботы предоставят возможность оживления людей, замороженных методами крионики.

Фейнман (которого называют пророком нанотехнологической революции), выступая в 1959 году в Калифорнийском технологическом институте, предположил, что вполне возможно собирать устройства и работать с объектами, которые имеют наноразмеры. В те годы это казалось научной фантастикой, но его предположение подтвердилось в 1981 году, когда были изобретены сканирующий туннельный и атомно-силовой микроскопы.

физико-химических процессах. Сканирующий туннельный микроскоп можно использовать и для перемещения какого-либо атома в точку, выбранную оператором. Создание атомно-силового микроскопа, способного чувствовать силы притяжения и отталкивания, возникающие между отдельными атомами, дало возможность, наконец, «пощупать и увидеть» нанообъекты.
Нанотехнология стала самостоятельной областью науки и превратилась в долгосрочный технический проект после детального анализа, проведенного американским учёным Эриком Дрекслером в начале 1980-х годов и публикации его книги «Машины созидания: грядущая эра нанотехнологии».

требуется очень много времени, чтобы они были внедрены в жизнь. В среднем, между созданием нового лекарства и началом его применения в 
практической  медицине проходит около 5 - 10 лет. Поэтому  лекарства на основе нанотехнологий и существуют пока только в виде экспериментальных образцов или  перспективных проектов. Тем не менее, возможности нано теха в медицине колоссальны.

содержанию в выдохе пациента определенных молекул определить наличие рака легких. В качестве чувствительной части прибора используются девять наносенсоров. Они представляют собой золотые наночастицы, на которых закреплены органические соединения, реагирующие на конкретные молекулы, находящиеся в воздухе, который выдохнул пациент. Через 30 секунд уже готов ответ, при этом не требуется делать болезненных и сложных операций (таких как биопсия), без которых невозможна современная диагностика. Тот же коллектив ученых, возглавляемый доктором ХоссеномХаиком, разрабатывают аналогичный прибор для обнаружения рака почек.     Ученые из университета Халла совершили очередной шаг в борьбе с раковыми заболеваниями, разработав более эффективный принцип доставки в ткани опухоли наночастиц, которые несут на себе особые вещества – фотосенсибилизаторы. После этого остается лишь облучить ткань светом, производимым лазером и злокачественная ткань начнет погибать.     Фотодинамическая  терапия представляет собой метод  лечения онкологических, опухолевых заболеваний, некоторых заболеваний кожи или инфекционных заболеваний, основанный на применении светочувствительных веществ — фотосенсибилизаторов и видимого света определённой длины волны. Сенсибилизатор вводится в организм, чаще всего внутривенно, и накапливается в тканях опухоли. Затем поражённые патологическим процессом ткани облучают светом с длиной волны. Поглощение молекулами фотосенсибилизатора квантов света в присутствии кислорода приводит к фотохимической реакции, в результате которой образуется так называемый синглетный кислород, вызывающий некроз клеток опухоли.

и состоять (на базе нынешних взглядов) из углерода. Углерод и его производные выбираются по причине высокой прочности и его химической инертности. Конструкции нанороботов еще не разработаны и находятся в стадии проектирования. Их использование, порядок, время работы и вывода из организма будут зависеть от конкретных задач. Проблема биосовместимости решается за счет выбора оптимального материала и размеров наноробота. В качестве основных источников энергии предполагается использовать локальные запасы глюкозы и аминокислот в теле человека.
Управление нанороботами будет осуществляться акустически путем подачи команд через компьютер. Обратную связь также возможно осуществить акустически, но можно ее создать и на основе внутренней сети с локальными данными, которые пересылаются на некоторый центральный узел связи, откуда они поступают к лечащему врачу. Лечение будет заключаться во введении нанороботов в человеческое тело для дальнейшего анализа ситуации и принятия решения о выборе метода лечения. Врач управляет нанороботами, получая информацию от активных нанороботов. Наномедицинский персонал будущего должен будет отвечать повышенным требованиям к знанию основ наномира, поскольку, к примеру, незнание законов физики может привести к гибели пациента. Категорически планируется исключить репликацию (размножение) нанороботов в теле человека для исключения фатальных последствий.

университета во время операции на сердце, с тех пор механизированные инструменты стали применяться при проведении целого ряда медицинских процедур. Год спустя нью-йоркские доктора использовали дистанционно управляемого робота для удаления желчного пузыря женщине, находящейся во Франции.
Уже сейчас нанотехнологии применяются в медицине. Основными областями ее применения являются: технологии диагностики, лекарственные аппараты, протезирование и имплонтанты.
Ярким примером является открытие профессора Азиза. Людям, страдающим болезнью Паркинсона, через два крошечных отверстия в черепе внедряют в мозг электроды, которые подключены к стимулятору. Примерно через неделю больному вживляют и сам стимулятор в брюшную полость. Регулировать напряжение пациент может сам с помощью переключателя. С болью удается справиться уже в 80 % случаях:У кого-то боль исчезает совсем, у кого-то затихает. Через метод глубокой стимуляции мозга прошло около четырех десятков людей.
Многие коллеги Азиза говорят, что этот метод не эффективен и может иметь негативные последствия. Профессор же убежден, что метод действенен. Ни то ни другое сейчас не доказано. Мне кажется надо верить лишь сорока пациентам, которые избавились от невыносимой боли. И снова захотели жить. И если уже 8 лет этот метод практикуется и не сказывается негативно на здоровье больных, почему бы тогда не расширить его применение.
Еще одним революционным открытием является биочип - небольшая пластинка с нанесенными на нее в определенном порядке молекулами ДНК или белка, применяемые для биохимических анализов. Принцип работы биочипа прост. На пластиковую пластинку наносят определенные последовательности участков расщепленной ДНК. При анализе на чип помещают исследуемый материал. Если он содержит такую же гинетическую информацию, то они сцепливаются. В результате чего можно наблюдать. Преимуществом биочипов являются большое количество биологических тестов со значительной экономией исследуемого материала, реактивов, трудозатрат и время на проведение анализа.
Исследователи-медики разработали пластиковое устройство размером с кредитную карту, которое позволяет быстро проверить кровь человека на наличие инфекций с помощью крошечного микрочипа. В ходе недавних испытаний, проведенных в Руанде, прибор обеспечил очень точную диагностику за 20 минут. Эта «лаборатория на чипе» может предоставить экономичный способ простой и быстрой диагностики в развивающихся странах и удаленных регионах планеты.

ведь ошибки могут происходить и в неожиданных случаях. Одним из непредвиденных случаев может быть взаимодействие между роботами при их столкновении. Такие неисправности трудно будет определить. Иллюстрацией такого случая может служить работа двух видов нанороботов А и В в организме человека. Если нанороботА будет удалять последствия работы робота В, то это приведет к повторной работе А, и этот процесс будет продолжаться до бесконечности, то есть нанороботы будут исправлять работу друг друга. Чтобы таких ситуаций не возникало лечащий врач должен постоянно следить за работой нанороботов и в случае чего перепрограммировать их. Поэтому квалификация врача является очень важным фактором.

и лечения кожи. Уже сейчас на рынке появились косметические средства, созданные при помощи наночастиц. Суть нанотехнологий заключается в том, что в мельчайших частицах заключены свойства больших объектов, благодаря чему можно воздействовать тем или иным образом на мельчайшие участки. К примеру, на клетку кожи. Нанокосметика доносит все полезные ингредиенты в виде нано комплексов прямо в цель. Активной составляющей нанокосметики являются микроэлементы, которые являются родственными для нашей кожи, каждый из которых доставляется в нужном количестве в нужные слои кожи в свое время и комплексно воздействуют на кожу. Они участвуют в процессе обновления клеток самых глубоких слоев, не только возвращая коже здоровый вид, но наполняя силой и энергией. Без нанокомплексов создание такой эффективной профессиональной косметики было бы невозможно.

в области медицины поможет бороться с самыми страшными болезнями человечества, например, с онкологическими заболеваниями. В далёком будущем развитие наномедицины может привести даже к достижению бессмертия. Области применения нанотехнологий многочисленны. А диапазон применения этих технологий увеличивается день ото дня и сулит еще много интересного. Мы можем с уверенностью говорить, что нанотехнология – наука будущего.