Наноинженер — это специалист, который создает конструкции из крошечных частиц материи, по своим размерам близким к атомам. Материалы, с которыми работает такой профессионал, измеряются в нанометрах – одной миллиардной части метра. Это профессия на стыке физики, химии, математики, электроники, но для нее также нужен творческий склад ума. Нанотехнологии применяются в самых разных сферах – медицине, энергетике, промышленности и во многих других.
Как возникла эта профессия?
В начале XX века начала развиваться атомная энергетика, но тогда еще никто не мог предположить, что из частиц, обладающих наноразмерами (как мы уже говорили выше, нанометр – это одна миллиардная часть метра), можно, как из кубиков, собирать конструкции, которые, к тому же, будут выполнять определенные задачи.
В 1959 году ученый-физик Ричард Фейнман впервые озвучил идею о том, что, если мы не можем видеть какие-то объекты, потому что они очень маленькие по размеру, это не значит, что мы не можем с ними работать и их использовать. Ведь есть микроскоп и другие «умные» приборы, с помощью которых мы можем видеть нанообъекты и работать с ними.
Фейнман обнаружил, что природа самостоятельно занимается разумным и полезным строительством. Кирпичиками выступают клетки, из которых состоит наш организм. Клетка сама собирает из разных атомов молекулы, которые выполняют самые различные задачи. Ученый задал вопрос – а почему человек не может поступать так же и использовать технологии, которыми владеет клетка, используя эти умения для своих нужд?
Эпоха нанотехнологий показала – мы можем изменять структуру всего живого, удаляя «вредные» клетки и добавляя «хорошие». Изменять структуру материи можно где угодно – в металлах, конструируя компьютеры нового поколения, и в живой ткани, исцеляя пациента от рака.
Самое удивительное в нанотехнологиях – то, что структуры, создаваемые специалистами, могут воспроизводить сами себя и действовать самостоятельно, без участия человека, главное, просто задать им алгоритм и «подсказать», как им нужно действовать. Ученые ввели понятие «наноробота» – микроскопической машины, которая способная делать уменьшенную копию самого себя и самостоятельно изменять структуру молекул и клеток любых материалов. Наноинженер работает с отдельными атомами и ставит их на «нужное место», а дальше эти атомы собираются в специальные устройства, которые называют «нанотрубками».
Чем занимаются наноинженеры?
Лечение болезней и инвалидности
В настоящее время нанотехнологи работают над тем, чтобы вживлять в тело человека наноустройства – биоимпланты, – которые будут заменять поврежденные части тела. Некоторые из этих устройств в виде электрических микросхем усиливают чувство осязания человека – например, помогают слепым людям пользоваться интернетом.
Данные устройства воссоздают работу верхнего слоя кожи, посылая электрические импульсы в мозг, который воспринимает их как реальные ощущения и, таким образом, может имитировать ощущения – например, пальцев, которые ощупывают какой-то объект.
По сути, инженеры создали новый вид искусственной кожи, которую можно расположить вокруг какого-либо органа — пальца или даже сердца. «Умные пальцы» будут помощниками для людей, утративших чувствительность кожи после ожогов или ампутации конечностей.
Производство новых полезных материалов
Наноинженеры придумали много структур, которые улучшают вещи на службе у людей. Например, используя углеродные наночастицы, можно создавать прочную, износостойкую резину для шин, которые прослужат дольше самого автомобиля. Или же можно разрабатывать одежду с встроенными датчиками, которые дают точную информацию о самочувствии человека.
Самое очевидное применение нанотехнологий в современном мире – водооталкивающие покрытия на автомобильном стекле. Очень часто бывает ситуация, когда наш автомобиль накрывает волной воды из-под какого-нибудь встречного автомобиля. Из-за обрушившегося на лобовое стекло потока воды и грязи мы несколько секунд практически ничего не видим. Несколько секунд потери видимости при высокой скорости движения — это большой риск. А когда стекло автомобиля защищено специальным покрытием, эта волна грязи и воды просто разбивается о стекло, практически не оставаясь на нем. Дорожная ситуация всегда под контролем!
Компьютерные чипы и микросхемы
Все мы знаем, как компьютеры и интернет изменили мир. Огромное количество данных умещается на очень маленьких чипах. Однако нанотехнологии продвинули мир электроники на много шагов вперед. Крошечные частицы размером с молекулу могут накапливать в себе огромное количество информации. Таким образом, изготовленный наноинженером накопитель на жестком диске компьютера способен во много раз превзойти существующие на сегодняшний день хранители данных.
Энергетика
Все мы знаем, что основной источник энергии в мире – это нефть, из которой производится бензин для наших автомобилей и тепло и электричество для наших домов. Но все большее значение имеет солнечная энергетика – как самая безопасная и чистая, не загрязняющая окружающую среду. Американским исследователям удалось усовершенствовать конструкцию солнечных батарей с помощью углеродных нанотрубок. Электрический ток возникает в результате химических реакций, которые происходят во вкраплениях красителей под воздействием солнечного света. Теперь есть надежда, что про нефть и уголь просто все забудут. Энергии Солнца хватит на всех!
По прогнозам, будут востребованы все специальности, связанные с нанотехнологиями. Уже ясно, что нанотехнологии охватят все сферы: машиностроение, космические технологии, пищевую промышленность, медицину и многое другое.
