10 usi non convenzionali della nanotecnologia

È difficile immaginare il futuro senza la presenza di nanotecnologie. Manipolare la materia a livello atomico e sub-molecolare ha aperto la strada a importanti scoperte in chimica, biologia e medicina. Tuttavia, le applicazioni in evoluzione della nanotecnologia sono molto più ampie e diversificate di quanto immaginiamo.

10Film Making

Senza l'invenzione del microscopio a scansione a effetto tunnel (STM) negli anni '80, il campo della nanotecnologia potrebbe essere rimasto fantascientifico. Con la sua precisione atomica, l'STM ha consentito ai fisici di studiare la struttura della materia in un modo impossibile con i microscopi convenzionali.

Il sorprendente potenziale di STM è stato dimostrato dai ricercatori dell'IBM quando hanno creato Un ragazzo e il suo atomo, che era il più piccolo film d'animazione del mondo. È stato prodotto spostando singoli atomi su una superficie di rame.

Il film di 90 secondi descrive un ragazzo fatto di molecole di monossido di carbonio che giocano con una palla, ballano e saltano su un trampolino. Composto da 202 fotogrammi, l'animazione agisce in uno spazio piccolo come 1/1000 della dimensione di un singolo capello umano. Per realizzare il film, i ricercatori hanno utilizzato una caratteristica unica che viene fornita con l'STM: uno stilo elettricamente caricato e estremamente affilato con una punta composta da un atomo. Lo stilo è in grado di rilevare le posizioni esatte delle molecole di carbonio sulla superficie dell'animazione (che in questo caso è il foglio di rame). Pertanto, può essere utilizzato per creare immagini delle molecole e spostarle in nuove posizioni.

9 Recupero del petrolio

La spesa globale per l'esplorazione petrolifera è aumentata esponenzialmente nell'ultimo decennio. Tuttavia, l'efficienza nel recupero del petrolio è rimasta un problema importante. Quando le compagnie petrolifere chiudono un pozzo petrolifero, viene estratto meno della metà dell'olio nel serbatoio. Il resto è lasciato indietro perché è intrappolato nella roccia dove è troppo costoso per recuperare. Fortunatamente, con l'aiuto delle nanotecnologie, gli scienziati in Cina hanno scoperto un modo per ovviare a questo problema.

La soluzione sta migliorando una tecnica di perforazione esistente. La tecnica originale prevede l'iniezione di acqua nei pori della roccia dove si trova l'olio. Questo sposta l'olio e lo forza fuori. Tuttavia, questo metodo rivela la sua limitazione non appena l'olio nei pori facilmente raggiungibili è stato estratto. A quel punto, l'acqua inizia a uscire dal pozzo invece che dal petrolio.

Per impedire questo, i ricercatori cinesi Peng e Ming Yuan Li hanno avuto l'idea di infondere l'acqua con nanoparticelle che possono tappare i passaggi tra i pori della roccia. Questo metodo ha lo scopo di rendere l'acqua prendere percorsi più stretti nei pori che contengono olio e forzare l'olio fuori. Con studi sul campo condotti con successo in Cina, questo metodo si è dimostrato estremamente efficace nel recuperare il 50 percento dell'oro nero che altrimenti rimane fuori dalla portata.

8 Display ad alta risoluzione

Le immagini sugli schermi dei computer sono presentate tramite piccoli punti chiamati pixel. Indipendentemente dalle loro dimensioni e forme, il numero di pixel su uno schermo è rimasto un fattore determinante per la qualità dell'immagine. Con gli schermi tradizionali, tuttavia, più pixel significavano schermi più grandi e più voluminosi, una limitazione evidente.

Mentre le aziende erano impegnate a vendere i loro schermi colossali ai consumatori, gli scienziati dell'Università di Oxford hanno scoperto un modo per creare pixel con poche centinaia di nanometri. Ciò è stato ottenuto sfruttando le proprietà di un materiale a cambiamento di fase chiamato GST (un materiale trovato nei prodotti di gestione termica). Nell'esperimento, gli scienziati hanno usato strati spessi sette nanometri di GST inseriti tra elettrodi trasparenti. Ogni strato, di soli 300 x 300 nanometri, funge da pixel che può essere attivato e disattivato elettricamente. Passando la corrente elettrica attraverso gli strati, gli scienziati sono stati in grado di produrre immagini con una qualità e un contrasto equi.

I nano-pixel serviranno una varietà di scopi in cui i pixel convenzionali sono diventati poco pratici. Ad esempio, le loro minuscole dimensioni e spessore li rendono una scelta ideale per tecnologie come occhiali intelligenti, schermi pieghevoli e retine sintetiche. Un altro vantaggio dei display a nano-pixel è il loro minore consumo di energia. A differenza degli schermi esistenti che aggiornano costantemente tutti i pixel per formare immagini, i display basati sul livello GST aggiornano solo la parte del display che effettivamente cambia, risparmiando energia.

7 Colori che cambiano colore

Durante gli esperimenti su stringhe di nanoparticelle d'oro, gli scienziati dell'Università della California si sono imbattuti in un'osservazione sorprendente. Hanno notato che il colore dell'oro cambia quando una stringa delle sue particelle viene allungata o ritratta, producendo quello che uno degli scienziati ha descritto come un bellissimo blu brillante che si trasforma in viola e poi rosso. La scoperta ha ispirato gli scienziati a creare sensori di nanoparticelle d'oro che cambiano i colori quando viene applicata la pressione su di essi.

Per produrre i sensori, le nanoparticelle d'oro devono essere aggiunte a un film polimerico flessibile. Quando il film viene premuto, si allunga e fa sì che le particelle si separino e il colore cambi. Premendo leggermente si accende il sensore viola mentre si preme più forte lo si accende in rosso. Gli scienziati hanno notato questa proprietà intrigante non solo nelle particelle d'oro ma anche nell'argento, dove le particelle si trasformano in giallo una volta allungate.

I sensori potrebbero servire a una varietà di scopi. Ad esempio, potrebbero essere incorporati in mobili, come divani o letti, per valutare le posizioni di seduta o di sonno. Nonostante sia fatto d'oro, il sensore è abbastanza piccolo da superare il problema dei costi.

6 ricarica del telefono

Che si tratti di un iPhone, di Samsung o di un altro tipo di telefono, ogni smartphone che esce dalla fabbrica ha due aspetti negativi noti: la durata della batteria e il tempo necessario per ricaricarsi.Mentre il primo è ancora un problema universale, gli scienziati della città di Ramat Gan in Israele sono riusciti ad affrontare il secondo problema creando una batteria che richiede solo 30 secondi per ricaricarsi.

L'innovazione è stata attribuita a un progetto correlato al morbo di Alzheimer condotto da ricercatori dell'Università di Tel Aviv. I ricercatori hanno scoperto che le molecole peptidiche che accorciano i neuroni del cervello e causano la malattia hanno una capacità molto elevata (la capacità di preservare le cariche elettriche). Questa scoperta ha contribuito alla fondazione di StoreDot, una società che si concentra sulle nanotecnologie rivolte ai prodotti di consumo. Con l'aiuto dei ricercatori, StoreDot ha sviluppato la tecnologia NanoDots che sfrutta le proprietà dei peptidi per migliorare la durata della batteria degli smartphone. La società ha dimostrato un prototipo della batteria nell'evento ThinkNext di Microsoft. Utilizzando un telefono Samsung Galaxy S3, la batteria è stata caricata da zero a pieno in meno di un minuto.

5 Consegna di farmaci sofisticata

I trattamenti per malattie come il cancro possono essere proibitivi e, in alcuni casi, troppo tardi. Fortunatamente, diverse aziende mediche di tutto il mondo stanno studiando metodi economici ed efficaci per curare le malattie. Tra questi c'è Immusoft, una società che mira a rivoluzionare il modo in cui le medicine vengono consegnate ai nostri corpi.

Invece di spendere miliardi di dollari per farmaci e programmi terapeutici, Immusoft crede che possiamo ingegnare i nostri corpi a produrre farmaci da soli. Con l'aiuto del sistema immunitario, le cellule di un paziente possono essere modificate per ricevere nuove informazioni genetiche che consentono loro di fare la propria medicina. L'informazione genetica può essere fornita attraverso capsule di dimensioni nanometriche iniettate nel corpo.

Il nuovo metodo non è ancora stato testato su un paziente umano. Tuttavia, Immusoft e altre istituzioni hanno riportato esperimenti di successo condotti su topi. Se dimostrato efficace sugli esseri umani, il metodo ridurrà significativamente i costi di trattamento e terapia delle malattie cardiovascolari e varie altre malattie.

4 Comunicazione molecolare

Ci sono circostanze in cui le onde elettromagnetiche, l'anima della telecomunicazione globale, diventano inutilizzabili. Pensa a un impulso elettromagnetico che potrebbe rendere inutili i satelliti di comunicazione e ogni forma di tecnologia basata su di essi. Conosciamo abbastanza bene questi terrificanti scenari dei film del giorno del giudizio. Inoltre, questo problema è stato contemplato per anni da ricercatori dell'Università di Warwick nel Regno Unito e dalla York University in Canada, prima di arrivare a una soluzione inaspettata.

I ricercatori hanno osservato come alcune specie animali, in particolare gli insetti, impiegano i feromoni per comunicare su lunghe distanze. Dopo aver raccolto i dati, sono stati in grado di sviluppare un metodo di comunicazione in cui i messaggi sono codificati nelle molecole di alcool evaporato. I ricercatori hanno dimostrato con successo la nuova tecnica usando l'alcol denaturato come sostanza chimica di segnalazione e "O Canada" come primo messaggio.

Due dispositivi sono stati impiegati con questo metodo incluso un trasmettitore per codificare e inviare il messaggio e un ricevitore per decodificarlo e visualizzarlo. Il metodo funziona digitando un messaggio di testo sul trasmettitore usando Arduino Uno (un microcontrollore open source) che viene fornito con uno schermo LCD e pulsanti. Il controller converte quindi l'immissione del testo in una sequenza binaria che viene letta da uno spruzzatore elettronico contenente l'alcol. Una volta letto il messaggio binario, lo spruzzatore lo converte in un set controllato di spray dove "1" rappresenta uno spray e "0" è uguale a nessuno spray. L'alcol nell'aria viene quindi rilevato dal ricevitore che consiste in un sensore chimico e un microcontrollore. Il ricevitore legge e converte i dati binari in testo prima di visualizzarli su uno schermo.

I ricercatori sono stati in grado di inviare e ricevere il messaggio "O Canada" su diversi metri di spazio aperto. Di conseguenza, un numero di scienziati ha espresso fiducia nel metodo. Ritengono che potrebbe essere utile in ambienti come gallerie sotterranee o condotte in cui le onde elettromagnetiche diventano inutili.

3 storage computer

Negli ultimi decenni, i computer sono cresciuti esponenzialmente sia in termini di potenza di elaborazione che di capacità di archiviazione. Questo fenomeno fu accuratamente previsto da James Moore circa 50 anni fa e in seguito divenne noto come Legge di Moore. Tuttavia, molti scienziati - incluso il fisico Michio Kaku - credono che la legge di Moore stia cadendo a pezzi. Ciò è dovuto al fatto che l'energia del computer non può tenere il passo con l'aumento esponenziale delle tecnologie di produzione esistenti.

Sebbene Kaku stesse enfatizzando la potenza di elaborazione, lo stesso concetto si applica alla capacità di archiviazione. Fortunatamente, non è la fine della strada. Un team di ricercatori della RMIT University di Melbourne sta ora esplorando le alternative. Sotto la guida del Dr. Sharath Sriram, il team è sul punto di sviluppare dispositivi di memorizzazione che imitano il modo in cui il cervello umano memorizza le informazioni. I ricercatori hanno fatto il primo passo e hanno creato un nanofilm che è stato progettato chimicamente per preservare le cariche elettriche negli stati on e off. Il film, che è 10.000 volte più sottile di un capello umano, potrebbe diventare la pietra angolare per lo sviluppo di dispositivi di memoria che replicano le reti neuronali del cervello.

2Nano Art

Lo sviluppo promettente della nanotecnologia ha suscitato molta ammirazione dalla comunità scientifica. Ciononostante, le scoperte nella nanotecnologia non sono più limitate alla medicina, alla biologia e all'ingegneria. La nano arte è un campo emergente che ci consente di vedere il piccolo mondo sotto il microscopio da una prospettiva completamente nuova.

Come suggerisce il nome, la nano art è una combinazione di arte e nanoscienza praticata da un piccolo numero di scienziati e artisti. Tra questi c'è John Hart, un ingegnere meccanico dell'Università del Michigan, che ha fatto un ritratto nano del presidente Barack Obama. Il ritratto, che è stato chiamato Nanobama, è stato creato per onorare il Presidente quando era candidato alle elezioni presidenziali del 2008. Ogni faccia in Nanobama misura solo mezzo millimetro ed è interamente scolpita da 150 nanotubi. Per produrre i ritratti, Hart ha prima creato un disegno a tratteggio dell'iconico poster "Hope". Ha quindi stampato il disegno su una lastra di vetro rivestita con le nanoparticelle necessarie per la crescita dei nanotubi. Utilizzando un forno ad alta temperatura, era solo una questione di tempo prima che il ritratto fosse pronto per un servizio fotografico.

1Record Breaking

L'umanità ha sempre cercato di costruire le cose più forti, più veloci e più grandi. Ma quando si tratta di costruire il più piccolo, la nanotecnologia emerge sul palco. Tra le cose più piccole mai create usando la nanotecnologia c'è un libro chiamato Teeny Ted From Rapa che è attualmente considerato il più piccolo libro stampato del mondo. Prodotto nel laboratorio Nano Imaging della Simon Fraser University di Vancouver, in Canada, il libro misura solo 70 micrometri per 100 micrometri ed è composto da lettere incise su 30 pagine di silicio cristallino.

La storia del libro, scritta da Malcolm Douglas Chaplin, presenta Teeny Ted e il suo trionfo alla gara di rape alla fiera annuale della contea. Sono state pubblicate oltre 100 copie del libro. Ma per acquistarne uno avrai bisogno di una tasca profonda: un solo libro costa oltre $ 15.000. Sarà richiesto anche un microscopio elettronico per leggerlo, aggiungendo ancora di più al costo.