Экология

Можно выделить следующие направления развития нанотехнологии в формировании нового "безотходного" общества:

1. Отказ от производств, связанных с больших объемом отходов, и их замена на так называемые "зеленые" технологии.

2. Рационализация производственных процессов, позволяющая выпускать более легкие и мелкие изделия, что позволит снизить расходы материалов и энергии.

3. Изучение и регулирование природных явлений и процессов загрязнения окружающей среды с помощью нанодатчиков и наноэлектронных устройств.

Новые виды промышленности не будут производить отходов, отравляющих планету, а нанороботы смогут уничтожить последствия старых загрязнений — нанотехника восстановит озоновый слой, очистит от загрязнении почву, реки, атмосферу, океаны, демонтирует заводы, плотины, рудники запечатает радиоактивные отходы в вечные самовосстанавливающиеся контейнеры.

Использование фильтров и мембран на основе наноматериалов для очистки воды и воздуха, опреснения морской воды, а также биосенсоров для быстрого определения химических и биологических загрязнений, синтез новых экологически чистых материалов, новые методы утилизации и переработки отходов.

Исследования, проведенные с образцами почв, пораженных радиационно и химически (в том числе с чернобыльскими), показали возможность их восстановления с помощью нанопрепаратов до естественного состояния за несколько месяцев.

Лекция 15 (2ч.) Наноматериалы для деталей и конструкций авиационно-космической техники.

Применение нанотехнологии в аэрокосмической технике способно обеспечить:

• Снижение массы и объема: 10³

• Снижение линейных размеров: 10¹

• Снижение энергопотребления: 10⁴

• Снижение вибрации и шума: 10²

• Повышение быстродействия: 10⁶

• Повышение емкости памяти: 10⁶

• Повышение КПД солнечных батарей: 10¹

• Повышение чувствительности датчиков: 10⁶

• Повышение времени автономной работы: 10⁴

• Повышение надежности: 10²

• Повышение стойкости к радиации: 10¹

• Повышение стойкости к перегрузкам: 10²

Можно привести условную классификацию основных направлений применения нанотехнологии в аэрокосмической технике:

• Материалы

  • Объемные материалы

    • Нанокомпозиты

    • Нанокерамические материалы

    • Наноструктурные сплавы

    • Нанопористые материалы

  • Покрытия и мембраны

    • Нанопокрытия

      • Антикоррозионные

      • Радиопоглощающие

      • Электрохромные

      • «Липкие»

      • Сенсорные

      • Нецарапающиеся

      • Теплооотражающие

      • Самоочищающиеся

      • Самовосстанавливающиеся

      • Прочие

    • Наномембраны

  • Волокна

    • Углеродные нанотрубки

  • Частицы

    • Наночастицы металлов

    • Наночастицы оксидов

    • Фуллерены

  • Биомолекулярные материалы

    • Белки

    • Биополимеры

    • Нуклеиновые кислоты

    • Дендримеры

    • Липосомы

    • Пленки Ленгмюра-Блоджетт

    • Электропроводные микроорганизмы

    • Монослои

    • Нанокапсулы

  • Жидкие наноматериалы

    • Ферромагнитные жидкости

    • Электрореологические жидкости

    • Электроуправляемые клеи

• Двигательные установки

  • Усовершенствование топлив

    • Нанокатализаторы сгорания

    • Нанокомпозитные топлива

    • Нанокатализаторы фазового перехода

    • Наногели

  • Усовершенствование систем подачи топлива

  • Усовершенствование камер сгорания

  • Усовершенствование систем управления газовыми потоками

• Энергетические системы

  • Генерация энергии

    • Солнечные батареи

    • Термоэлектрические элементы

    • Микрожидкостные генераторы

    • Ядерные установки

    • Термоядерные установки

  • Преобразование энергии

  • Хранение энергии

    • Батарейки и аккумуляторы

    • Топливные элементы

    • Водородные элементы

  • Передача энергии

    • Высокотемпературные сверхпроводники

    • Формирование градиента температур

  • Экономия энергии

• Системы связи и управления

  • Средства навигации

    • МЭМС-акселерометры

    • Квантовые гироскопы

  • Наноэлектроника

    • Кремниевая электроника

    • Электроника на механотранзисторах

    • Электроника на нанотрубках

    • Молекулярная электроника

    • Одноэлектроника

    • Спинтроника

    • Квантовая электроника

    • Многозондовые системы

  • Нанофотоника

  • Наномагнитоэлектроника

  • Гибкая электроника

  • Бионика

    • Нейроинтерфейсы

    • Нейрокомпьютеры

    • Телеуправление

    • Биоэлектроника

  • Передача данных

    • Оптические маршрутизаторы

    • Массивы МЭМС-радиосистем

    • Нанокомпозитные и фрактальные антенны

    • Перестраиваемые лазеры

    • Квантовая телепортация

• Сенсоры

  • Гироскопы и акселерометры

  • Акустические и вибрационные МЭМС-датчики

  • Газовые датчики

  • Датчики деформации

  • Гравитационные

  • Инфракрасные датчики

  • Оптические датчики высокого разрешения

  • Видеосенсоры

  • МЭМС-сейсмометры

  • Меторологические наносенсоры

  • Электронный нос

  • Сканирующие зондовые лаборатории

  • Микрожидкостные чипы

  • Биосенсоры

  • Сети сенсоров

• Исполнительные механизмы

  • Актюаторы

  • Робототехника

  • Манипуляторы

  • Микро-и наноманипуляторы

  • Микроаппараты

    • Космические

      • Нано КА

      • Пико КА

    • Атмосферные

    • Поверхностные

• Условия работы экипажа

  • Системы жизнеобеспечения

    • Питание

    • Регенерация воздуха

    • Очистка воды

    • Управление климатом

  • Скафандры

    • Гибкие материалы

    • Материалы программируемого размера

    • Материалы программируемой гибкости

  • Защита

    • Радиационная защита

      • Искусственные кости

    • Тепловая защита

    • Защита от перегрузок

    • Механическая защита

    • Биологическая и химическая защита

      • Нанобиосенсоры

      • Бактерицидные наночастицы

    • Защита от оптического обнаружения

  • Медицинская диагностика

  • Медицинская помощь

    • Направленная доставка лекарств

    • Автоматизированное приготовление препаратов

    • Робототехническая микрохирургия

    • Молекулярный ремонт клеток

  • Интерфейсы

    • Нейроинтерфейсы

    • Искусственная сетчатка

    • Системы информационной поддержки

    • Сенсорные микрофоны

  • Искусственный интеллект

  • Беспилотные аппараты

• Вспомогательные системы

  • Охлаждение

• Космическая архитектура

  • Автономные робототехнические станции

  • Освоение планет

  • Космический лифт

Нанороботы способны воплотить мечту фантастов о колонизации иных планет - эти устройства смогут создать на них среду обитания, необходимую для жизни человека. Станет возможным автоматическое строительство орбитальных систем, самособирающихся колоний на Луне и Марсе, любых строений в мировом океане, на поверхности земли и в воздухе (эксперты прогнозируют это к 2025 гг.). Возможность самосборки может привести к решению глобальных вопросов человечества: проблемы нехватки пищи, жилья и энергии. В освоении космоса начнется новая эра.

Когда надо переместить что-то по воздуху или поднять на орбиту, каждый грамм требует дополнительного расхода топлива. Нанотехнология облегчит все детали аппаратов - от корпусов до батареек. Кроме того, наноэлектроника и МЭМС-датчики превратят самолеты в беспилотных роботов. Сверхпрочные и жаростойкие наноматериалы позволят им летать на огромных скоростях с нечеловеческими перегрузками, а наночастицы обеспечат экономию и повышение качества топлива. Скафандры космонавтов станут более удобными, солнечные батареи – эффективными, а ракеты – надежными.