Produktiva nanosystem
| Del av en serie artiklar om |
molekylär nanoteknik |
|---|
The Technology Roadmap for Productive Nanosystems definierar " produktiva nanosystem " som funktionella nanoskalasystem som gör atomärt specificerade strukturer och enheter under programmatisk kontroll, dvs de utför atomärt exakt tillverkning . Sådana enheter är för närvarande endast hypotetiska, och produktiva nanosystem representerar ett mer avancerat tillvägagångssätt bland flera för att utföra Atomically Precise Manufacturing. En workshop om Integrated Nanosystems for Atomically Precise Manufacturing hölls av Department of Energy 2015.
Dagens teknik är begränsad på olika sätt. Stora atomärt exakta strukturer (det vill säga praktiskt taget defektfria) existerar inte. Komplexa 3D- strukturer i nanoskala finns i form av vikta linjära molekyler som DNA-origami och proteiner . Det är också möjligt att bygga mycket små atomärt exakta strukturer med hjälp av skanningsprobmikroskopi för att konstruera molekyler som FeCO och Triangulene , eller för att utföra vätedepassiveringslitografi. Men det är ännu inte möjligt att kombinera komponenter på ett systematiskt sätt för att bygga större, mer komplexa system.
Fysikprinciper och exempel från naturen tyder båda på att det kommer att vara möjligt att utvidga atomärt exakt tillverkning till mer komplexa produkter av större storlek, som involverar ett bredare utbud av material. Ett exempel på framsteg i denna riktning skulle vara Christian Schafmeisters arbete med bis-peptider .
Stadier av framsteg inom nanoteknik
Mihail Roco , en av arkitekterna bakom USA:s National Nanotechnology Initiative, har föreslagit fyra tillstånd av nanoteknik som tycks parallella den industriella revolutionens tekniska framsteg, av vilka produktiva nanosystem är det mest avancerade.
1. Passiva nanostrukturer - nanopartiklar och nanorör som ger ökad styrka, elektrisk och termisk ledningsförmåga, seghet, hydrofila/fobiska och/eller andra egenskaper som kommer fram från deras nanoskala struktur.
2. Aktiva nanoenheter - nanostrukturer som ändrar tillstånd för att omvandla energi, information och/eller för att utföra användbara funktioner. Det finns en viss debatt om huruvida state-of-the-art integrerade kretsar är kvalificerade här, eftersom de fungerar trots framväxande nanoskala egenskaper, inte på grund av dem. Därför, går argumentet, kvalificerar de sig inte som "nya" egenskaper i nanoskala, även om enheterna i sig är mellan en och hundra nanometer.
3. Komplexa nanomaskiner - sammansättningen av olika nanoenheter till ett nanosystem för att utföra en komplex funktion. Vissa skulle hävda att Zettls maskiner passar i denna kategori; andra hävdar att moderna mikroprocessorer och FPGA också passar.
4. System av nanosystem/produktiva nanosystem - dessa kommer att vara komplexa nanosystem som producerar atomärt exakta delar för andra nanosystem, inte nödvändigtvis med hjälp av nya egenskaper som uppstår i nanoskala, utan välförstådda grunder för tillverkning. På grund av materiens diskreta (dvs. atomära) natur och möjligheten till exponentiell tillväxt, ses detta stadium som grunden för ännu en industriell revolution. och ned-tillvägagångssätt som mönstrad atomlagerepitaxi och diamantoidmekanosyntes . Det finns också bottom-up-metoder som DNA Origami och Bis-peptidsyntes .
Ett femte steg, info/bio/nano-konvergens, lades till senare av Roco. Detta är konvergensen av de tre mest revolutionerande teknologierna, eftersom varje levande varelse består av atomer och information.