Posted on by Branca

Нанофакторска Сарадња

Source: http://www.molecularassembler.com/Nanofactory/

Шта је Нанофактори?

Нанофактори је предложио компактан  молекуларна производња система, вероватно довољно мали да седи на површини, која би могла изградити широк избор великих атомски прецизним  диамондоид производа. Нанофактори је потенцијално високог квалитета, изузетно ниска цена, и веома флексибилан производни систем.

Ротари ассемблер диамондоид нанофактори дизајнирао / моделује  Форрест Бисхоп  (1998), 3Д Цинематограпхи би  Е-простора , ( Пх Ван Недервелде. ); Први познати нанофактори анимацију било које врсте.

Главни улаз на  диамондоид  Нанофактори једноставна угљоводонични сировина молекуле попут природног гаса, пропан или ацетилена. Могу такође бити потребна мала додатни количине неколико других једноставних молекула које садрже атоме трагове хемијских елемената као што су кисеоник, азот или силикона.

Нанофактори мора се обезбедити електричне енергије и средство за хлађење радну јединицу.

Главни излаз првог комерцијалног Нанофактори ће бити мацросцале количине атомски прецизних  диамондоид производа. Ови производи могу да укључују  наноцомпутерс ,  медицинске нанороботс , производе који имају различите  ваздухопловне и одбрамбене апликације, уређаје за  јефтину производњу енергије  и  санацији животне средине , и изобиље нових и унапређених потрошачке производе. Медицинске апликације су највиши приоритет, укључујући  анти-агинг терапије  и реанимације из Цриониц очување. Истраживања Нанофакториес Раније генерације ће производити знатно мање сложене производе, али ће обезбедити еволуционо пут води од првих једноставних  ДМС станица до зрелијим комерцијалних система.

Бурч-Дреклеру диамондоид нанофактори  Јохн Бурцх,  Лизард Фире Студиос  (2005)
Опис  на Бурч-Дреклер нанофактори концепт

Нанофактори је  молекуларни производни систем  употребом контролисане молекуларни склоп  који ће омогућити стварање фундаментално нових производа  који имају замршену сложеност тренутно наћи само у биолошким системима, али раде са већом брзином, моћи, поузданости и, што је најважније, у потпуности под човека контрола. Молекуларна производња има потенцијал да буде изузетно  чист, ефикасан и јефтин .

Наш Нанофактори ће бити изграђен од  диамондоид  компоненти исте врсте да се може сама производимо. Иако су могући молекуларне производни системи направљени од ДНК, друге биополимер, или чак биолошке организме, такви системи не би могла да изгради производа који приближавају изузетну снагу, крутост, опсег температуре, лакоћу, електрични, оптички и друге особине које се могу постићи са диамондоид  материјали.

Дугорочни циљ  Нанофактори Цоллаборатион  је да дизајнира, и на крају да се изгради, радни  диамондоид  Нанофактори.

          “Апликација убица за дигиталну израду је лична измишљотина – ствари које не могу купити у Валмарт. Шта ако, уместо слања енергије, прорачун, итд широм света, послали смо средства да се створи? Као редовни предмети постају компјутеризована и повезана на мањим и мањим размерама, ми прилази нано-скале биолошким системима. Ми смо на прагу измишљотина револуције “. – Неил  Герсхенфелд , директор  Центра за Битс и атоми  на МИТ, у свом  СЦ07 експозеу  о  13. новембра 2007. године .
          

Одлична 1-часовни генерални увод у Молецулар нанотехнологије, Ралпх Меркле, је  овде .

Шта је Диамондоид?

Прво и најважније, диамондоид материјали су чисти дијамант.Дијамант је кристални аллотропе угљеника који је можда најјачи супстанца позната човечанству. Имајте на уму да је наша намера овде за производњу  молекуларне производа и машина  направљене од дијаманта, не огромна камење попут оног приказаног у праву. Велики висококвалитетни камење може већ произвести конвенционалним расутих процесима као што  ЦВД  за трошак по налогу $ 100 / карата – нису потребни технике атомски прецизна молекуларне производње за ово.

Диамондоид материјали такође могу укључивати сваку  оштром ковалентне чврсту сличну дијамант снаге, хемијској инертности, или других важних својстава материјала, а поседује густу тродимензионалну мрежу обвезница. Примери таквих материјала су угљеничне наноцеви (илустроване на десно) или фулерени, неколико снажних ковалентне керамике као што је силицијум карбид, силицијум нитрида и бор нитрида, и неколико веома рестриктивне јонских керамиком попут сафира (моноцристаллине алуминијум оксида) који може бити ковалентно везан за чисте ковалентих структуре попут дијаманта.

Чисти кристали дијаманата су крте и лако напукла. Сложена молекуларна структура диамондоид Нанофактори производ ће више личе сложену композитног материјала, а не крхког солидну кристал.Такви производи, и Нанофакториес да их граде, требало би да буде изузетно издржљив у нормалној употреби.

Већина диамондоид материјали коришћени за наномацхинери ће бити конструисана од атома 12 елемената у  периодном систему : угљеника (Ц ), силиконским ( Си ) или германијума ( Ге ) у групи ИВ, азот ( Н ) или фосфор ( П ) у групи В , кисеоник ( О ) или сумпор ( С ) у групи ВИ, флуор (Ф ) или хлор ( Цл ) у групи ВИИ, бор ( Б ) или алуминијум ( Ал ) у групи ИИИ, и, наравно, водоник ( Х ). Угљен је најраспрострањенији од ових елемената, тако да смо фокусирани наше почетне напоре на угљеника оквирима.

Могуће је да нондиамондоид производи састављене од истих хемијских елемената (на пример, уобичајеним органским или биолошких супстанци), али се састоје од већег конвенционалног ” дискете ” (нон-крути) молекулских структура могу бити произведени касније генерације Нанофакториес имају различите архитектуре.

Шта Производи могу довести до Нанофактори Провиде?

Могућности примене  диамондоид  Нанофакториес су заиста далекосежне. Као само један важан пример, производи Нанофакториес могу да могуће драматична побољшања у 21 веку  Наномедицине .

Можда од 2020е, молекуларна производња може омогућити изградњу сложених  диамондоид  медицинских нанороботс попут  мицробиворе илустрована десно. Ове нанороботс се могу користити за  одржавање оксигенације ткива  у одсуству дисања,  поправку и поправити људски васкуларну дрво  елиминише срчаних обољења и оштећења можданог удара, обавља комплексну  наносургери на индивидуалним ћелијама , омогући  широку личне праћење и одмах  чврсто крварење  након трауматске повреде. Остали медицински нанороботс као што су мицробиворе  (илустрована на десно) ће брзо  елиминисати микроба инфекција и рака, Док су још остали попут  цхромаллоците  ће заменити целе хромозома у појединим ћелијама  тиме обртању ефеката генетске болести и друге акумулирано оштећења наших гена, спречавајући старење .

У  основне могућности  и  биокомпатибилност  од  диамондоид медицинских нанороботс су прелиминарно анализиран у стручној литератури, али је и даље много више посла да се уради.

          “Након 2015-2020, поље ће проширити да обухвати молекуларних Наносистемс – хетерогених мрежа у којима молекули и супрамолекуларних структуре служе као различите уређаје. Протеини унутар ћелије раде заједно овај начин, али док биолошки системи су на бази воде и значајно осетљиви на температуру, ова молекуларни наносистеми ће моћи да ради у далеко ширем спектру окружења мора бити много бржи. Компјутери и роботи могу свести на изузетно малим величинама. Медицински апликације можда бити амбициозан и нових врста генетских терапије и антиагинг третмане. Нова интерфејс који повезује људе директно у електроници може да промени телекомуникација.” – Михаил Ц. Роцо ,” нанотехнологија је будућност “, Сциентифиц Америцан , август 2006. (Роко је виши саветник за нанотехнологије у САД Национална фондација за науку и кључни архитекта америчког Националног Нанотецхнологи Инитиативе.)

          “Неки од највећих предности нанотехнологије, као што су вештачке органе или нанороботика система [су] напредне могућности и апликације [да] ће вероватно узети 10-30 година да се развије.” – Александр  Ц Роко ,  НаноВеек интервју  са Сандер Олсон, 24. октобар 2006.

Позициони Диамондоид Молекуларна Производња

Комплекс механичких  диамондоид  наноструктуре у мацросцале количинама при ниској цени захтева развој нове технологије за производњу под називом позициони диамондоид молекуларна производња. Прелиминарна случај за техничке изводљивости за позиционе диамондоид молекуларне производњу је први пут изнео  К. Ериц Дреклер  у својој књизи  Наносистемс (1992).

Техничка књига  на молекуларном производњи од  Дреклер ( 1992)

Позициони диамондоид молекуларна производња  је предложен нови Наносцале производна технологија која може да омогући изградњу ради  диамондоид  нанофакториес. Постизање ову нову технологију ће захтевати развој четири блиско повезаних техничких могућности : (1) Дијамант Мецханосинтхесис , (2) программабле Положајна Скупштине , (3) масивно  паралелно Положајна Скупштине , и (4) НаномецханицалДесигн .

1  2 3 4

(1) Дијамант Мецханосинтхесис (ДМС),

Напредак у ДМС ( 2004 предавање  од  Фреитас )
Техничка књига на ДМС  од  Фреитас  и  Меркле  (у припреми)
Аннотатед техничка библиографија  истраживачког рада на дијаманата мецханосинтхесис

Диамонд мецханосинтхесис или молекуларне позициони измишљотина, јесте формирање ковалентне хемијских веза користећи управо примењене механичке снаге да изгради  диамондоид структуре. ДМС  може аутоматизовати путем компјутерско управљање, омогућавајући програмабилним молекуларну позициону измишљотина.

У овом процесу, мецханосинтхетиц алат је довео до површину радног комада. Један или више атома пренос се додају или уклоне из, подручја рада од стране алата. Затим је алат повучен и пуни. Овај процес се понавља, полако изградњи жељене структуре, док се нанопарт у потпуности израђена у атомском прецизношћу са сваким атомом баш на правом месту. Имајте на уму да су атоми трансфера под пуном позиционе контролом у сваком тренутку да спречи нежељене споредне реакције дође.

Зглоб десигнед би К. Ериц Дреклер  и  Ралпх Меркле

Радна окружења за  ДМС  често претпоставља да буде изузетно високи вакум (УХВ), мада ДМС  изведена у племенитог гаса течности или други хемијски инертан течност окружење није незамисливо.

Користећи Објашњења компјутерски аутоматизована перформансом под контролом позиционо-  ДМС  у дугим програмираних  секвенцама реакције корака , можда ћемо моћи да измишљају једноставне диамондоид  наномецханицал делове, као што су лежајева, зупчаника и зглобова (као што је алл-угљоводоника Зглоб је приказано на десној страни) до атомска прецизност. Иако је вероватно да неки основни диамондоид  структуре могу произвести коришћењем техника самостално склапање од конвенционалног синтетичке хемије, мало је вероватно да може високо напете или сложено уметнутом структуре бити произведен без запошљавања неки облик позиционе контроле.

Прочитајте више о  Диамонд Мецханосинтхесис

1 2  3 4

(2) Программабле Положајна Скупштина

Атомска ли прецизне нанопартс једном измишљене морају бити пребачен из фабрикације сајту и монтира у  атомски прецизне сложене компоненте које  садрже многе нанопартс. Такве компоненте могу укључити преносника у кућиште (Иллустратед на десној, љубазношћу Марк Симс на  Нанорек ), сензоре, мотори, манипулативни руке, снаге генератора и компјутере. Ове компоненте могу затим бити монтирана, на пример, у комплексни молекулски систем машина која се састоји од многих компонената. Комплекс мицрон-сизе медицал наноробот као као  мицробиворе  конструисан таквих атомски прецизних компоненти може поседовати више десетина хиљада индивидуалних компоненти, милиони примитивних делова и многе милијарди атома у његовој структури. 

Концептуални линија раздвајања између израде и монтаже је понекад нејасна, јер у многим случајевима то ће бити могуће, чак и пожељно, да измишљају номинално вишеделних компоненте као један део – омогућава, на пример, два умрежена брзина и њихово стамбено збрињавање бити произведен као један заптивени уређај.

Монтажна линија од  Бурч-Дреклер нанофактори анимације

Процес позициону окупљања, као и  ДМС , могу бити аутоматизоване путем компјутерском контролом. Ово омогућава дизајн позиционе скупштине станица које примају улазе примитивних делова и окупљају их у програмираних секвенцама корака у готових сложених компоненти. Ове компоненте се затим може транспортовати у секундарне линије монтажу који их користе као улази за производњу још веће и сложеније компоненте или завршених системе аналогних ауто линије.

Прочитајте више о  Программабле Позициона Скупштине

1 2  3  4

(3) Масивно паралелно Положајна Скупштина

Хијерархијски конвергентни ассембли  описао  Дреклер
Техничка књига  на масовно паралелних производних система по  Фреитас  и  Меркле (2004), укључујући Дреклер је  почетком концепта нанофактори

Није довољно да би могао да се изгради само један атомски прецизно део, компоненту, или медицинску наноробот. За нанофакториес да буде економски одржива, морамо бити у стању да окупе комплексне наноструктуре у огромном броју – у милијардама или билионе готових јединица.

То ће захтевати масовно паралелних производних система са милионима монтажне линије које раде истовремено и паралелно, а не само један или неколико њих истовремено и са линије за монтажу у савременим фабрикама аутомобила. На срећу, свака наноассембли производна линија у нанофактори могу у принципу бити веома мали.Многи милиони њих треба лако уклопити у врло малим количинама.Масивно паралелно производња  ДМС  ће бити потребно алата, ручке, и сродне нано израде и монтаже опреме, укључујући употребу  масовно паралелних манипулатор низова  или неку другу врсту  репликативног система .

Поузданост је важно питање дизајна. Линије Скупштина масовно паралелних производних система можда има бројне сувишне мање линије за монтажу хранива у већим линијама за монтажу, тако да је неуспех било једне мање линији не може да осакати већу један.Уређење паралелне производне линије за максималну ефикасност и поузданост за производњу широког спектра производа је главни захтев у нанофактори дизајну.

Прочитајте више о  масивно паралелно Позициона Скупштине

1 2 3  4

(4) Наномецханицал Десигн

Анимација  илуструје општи концепт нанофактори, од  Јохн Бурцх  и  К. Ериц Дреклер
Галерија молекуларне симулације машина  на  Нанорек
Молецулар машина анимације
Уводно предавање на молекуларну нанотехнологије, Ралпх Меркле

Цомпутатионал алати  за молекуларну машине моделирање, симулацију и производни контролу процеса мора да буде створена да би се омогућило развој пројеката за  диамондоид  нано делова, компоненти и нанороботиц система. Ови пројекти се онда могу ригорозно тестирана и рафинирано у симулацији пре предузимања скупље експерименталних напора да их граде.

Молекуларна дизајн машине и софтвер за симулацију је  сада доступан и библиотеке предесигнед нанопартс се полако монтира. Више напора мора бити посвећена великим симулације сложених компоненти Наносцале машина, дизајн и симулацију монтажних секвенци и контролу процеса производње, и генерални пројекат нанофактори и симулације.

Такође ће бити корисно за креирање графичких (погодан за телевизију или друге медијске покривености, као и за предавања и технички и широј јавности) показује: (1) разни мецханосинтхетиц реакције, (2) секвенце монтаже потребне да би нека одабране компоненте молекуларне машине, и (3) концептуални системи нивоа илустрације и  анимације једног диамондоид нанофактори . Ове слике и анимације су такође корисне за помоћ инжењера напредак од почетка концепције до више детаљног плана и анализе.

Прочитајте више о  Наномецханицал Десигн

Такође је веома битно да се посвети мало труда на студије могућих примена молекуларне производње нанофактори засноване, као и студијама друштвеног утицаја (економски, социјални, политички, регулаторни, итд) ове технологије. То ће помоћи да максимално потенцијалне користи које се могу остварити и ублажавање потенцијалних ризика који могу бити изазваним ове нове технологије, и подстицати његову одговорну употребу.

Прочитајте више о  нанофактори апликација и друштвени утицај

Придружите се нашој међународна сарадња!

Претеча  у  нанофактори Сарадња  је неформално иницирао  Роберт Фреитас  и  Ралпх Меркле  у јесен 2000. године током боравка у  Зивек .Њихови сталне напоре, и оних других, сада израстао у  директне сарадње  међу 25 истраживача или других учесника (укључујући и 18 докторске или докторске кандидата) на 13 институција у 4 земље (САД, Велика Британија, Русија, и Белгија), од 2010. Наша група тренутно има два добитника Фајнмен награда, два победника Предвиђање Комуникација награда и два предвиђања угледних добитника Студентски награда. 

Шта је нанофактори сарадња? 

Тренутно, ми смо лабава повезана заједница научника и других који су заједно раде као време и ресурсе дозволу у разним тима напорима са овим тимовима за производњу бројних  ко-аутор публикације , иако са различитих извора финансирања није нужно везан за  сарадњу . Иако нису сви учесници тренутно може замислити  нанофактори  као крајњи циљ њиховог садашњег истраживања (или других) напора у вези са Сарадња , многи  до предвиђају ово, па чак и они који тренутно не предвиђају овај крајњи циљ су ипак пристали да раде истраживања у сарадњи са другим учесницима за које верујемо да ће допринети битан напредак дуж пута да  диамондоид нанофактори  развој, почев од директног развој  ДМС .

Док неки посао је урађено на сваком од  четири основне могућности верује неопходно да дизајнира и изгради функционалну нанофактори, за сада највећа истраживања пажња се концентрише на првој зони: доказивању изводљивост, и теоријски и експериментални, постизања дијамантски мецханосинтхесис .

Сваки учесник у  Сарадња  је тренутно само-финансира или интерно финансира. Погледајте нашу  листу прошлих и садашњих учесника Цоллаборатион . Погледајте нашу  комплетну листу публикација везаних за сарадњу .

Додатни сарадња су настоје да прошире своје текуће теоријска и експериментална истраживања. Листа недовршених задатака је огромна. Прочитајте наш  списак нерешених техничких изазова  и наше  нанофактори Мапе пута  да видим где би могао да понуди помоћ.

Емануел Институт за биокемијску физику (Русија)

Истраживање Финансирање хитно потребан

Спољно финансирање истраживања је хитно потребно да се прошири наш рад и да убрза напредак ка крајњем циљу изградње функционалне диамондоид нанофактори.

Ако желите да подрже овај посао и да су вољни и способни да изврше значајна финансијска средства, контактирајте  Роберт Фреитас  или Ралпх Меркле  да разговарају о веома ефикасну примену својих ресурса на  нанофактори Цоллаборатион . Ми смо навикли да раде на буџету скромним и да ће распоредити све допринели средства парсимониоусли.

Економска вредност дониране времена и опрему уложено од стране свих учесника сарадњу на фокусираним напорима био је око $ 0.2М / год током 2001-07, диже се око $ 0.8М / год у 2008-10 углавном због  ЕПСРЦ ‘директну подршку Мориарти је експериментални раде  током 2008-2013. Идеална директан ниво средстава како би се повећала резултате у наредних 5 година је $ 1М- $ 5М / год, али постепени подршка у $ 100К / год опсегу би произвели мерљив додатни напредак. Пројекција десно претпоставља идеални ниво финансирања су доступни фокусиран напор, као што је  нанофактори сарадњи , и да је наш  “Директно ДМС” приступ се спроводи, а не развојни приступ више заобилазним која настоји да спроведе мање ефикасни нондиамондоид производне технологије молекуларне пре него што напредује у  диамондоид .

Наш почетни практични циљ је постизање првог експерименталног демонстрација контролисаног  дијаманта мецханосинтхесис  (један велики пут  развоја  прекретница и  техничке изазов ). Очекујемо да овај успех може изазвати много већу техничку интересовање за  ДМС  и развој нанофактори, изазива значајне и растуће количине маинстреам корпоративне и владиног финансирања на тече у овој области истраживања након што може доказати да је већи визија  диамондоид молекуларне производњи заиста технички изводљив.

Ово очекивање је подржан од стране резултатима Конгрес-мандатом 2006  прегледа  Народне Нанотецхнологи иницијативе САД од стране Националног истраживачког савета (НРЦ) Народне академија и Саветодавног одбора Националног материјала (НМАБ). НМАБ / НРЦ преглед разматрао врсте “боттом-уп” технологија које могу учинити ДМС и сложеније молекуларне производни системи могуће и  закључио да је ” молекуларно само-монтажа је изводљиво за производњу једноставних материјала и уређаја. Међутим, за производњу више софистицираних материјала и уређаја, укључујући комплексних објеката произведених у великим количинама,  мало је вероватно да ће једноставне процеси селф-ассембли дало жељене резултате. Разлог је да ће вероватноћа грешке који је настао у неком тренутку у процесу повећати са комплексности система и броја делова који морају заједнички рад. Међутим, тешко је поуздано предвидети могући низ хемијских реакција циклуса, стопе грешке, брзина рада, и термодинамичких ефикасности у … производних система одоздо према горе. Иако теоретски термодинамичких ефикасност израчунате су за овакве системе, комисија није сазнали верификовати резултате експеримената који би подржао поуздано предвиђање изводљивости таквих система за употребу у производњи. “

НМАБ / НРЦ Комисија за преглед онда  експлицитно препоручује  да експериментални рад у овој области треба да се настави и подржани као кључна карика у успостављању изводљивости концепта:  “Експерименти што је довело до демонстрација снабдевају подземне истину за апстрактне моделе одговара да боље карактеришу потенцијал за употреба одоздо или молекуларних производних система који користе процеси сложенији него селф-ассембли“.

Након ове препоруке, у 2007. години одбране Напредна истраживања агенције САД Пројекти (ДРПА) најавила је  Широка Агенције Саопштење (БАА) тражење предлоге Савет-Басед Нанофабрицатион  да чине нановирес, наноцеви или квантне тачке помоћу функционализовано скенирање савете пробе. Измишљотина приступ запошљавању позиционо контролисане  ДМС  би се вероватно састати са изазовима који су дефинисани ДАРПА у својој молби.

Специфични Предлози пројеката  и текућем раду

  • Први предлог практичне процесе за изградњу мецханосинтхетиц тоолтип, од  Фреитас , је поднет као  привремену патента  у фебруару 2004. године, а као пуноправна комуналне патента од стране  Зивек  у фебруару 2005. године – први мецханосинтхесис патента икада поднео.Реад рану верзију пријаве патента  овде  или  овде . Обрадивост од Фреитас предложеног процеса ‘је већ добила вредне и добродошао критике  из научне заједнице, и  Фреитас,  верује да нека верзија тог процеса може бити довољно одржива да послужи као витални одскочну даску за софистицираније  ДМС  приступима.
  • У септембру 2007. године, завршили смо велики пројекат трогодишњи рачунски анализира свеобухватан скуп од 65 реакција секвенци и 9 мецханосинтхетиц објашњења која се може користити за измишљају дијамант, графене (на пример, угљеничних наноцеви), и све алате сами укључујући све неопходно средство пуњења реакције. Ово је први  објавио рад  да нокаутирати комплетан сет позиционо контролом реакција диамондоид изградње са свим веродостојним нежељених реакција анализирају коришћењем добро квалитета  аб инитио (ДФТ) куантум цхемистри прорачуни. Дана 7. септембра 2007. године први патент сарадњи је подигнута на овим алатима и реакцијама које ће чинити језгро нашег путоказ за развој дијамантски мецханосинтхесис дуж директан пут који укључује експерименталне провера. Ови експерименти су  добили $ 3М средства , почела је октобра 2008. године, и трајаће наредних 5 година. У овом раду, недавно стекао скенирање сонда опрема ће се користити у покушају да се изгради прва ДМС тоолтипс помоћу неколико наших предлога ДМС реакција секвенци.
  • Тренутни Рад:  Наш тренутни списак заједничких учесника и кратак опис њихових напора су сажети  овде . Наше публикације и неки радови у току су наведени  овде . Прелиминарни  нанофактори План  да се концентрише на постизање  дијамантски мецханосинтхесис  и позициони Скупштина је први пут наведено у јулу 2005. године и водећи све наше тренутне истраживачке напоре. Наш  План  се стално усавршавају и нове информације се стиче, А  техничка књига о дијаманата мецханосинтхесис  се завршен, и формално истраживање предлог ДМС је у припреми.
  • Прво Дијамант Мецханосинтхесис патенте Издато у 2010 години:  30. марта 2010. године,  САД Патент бр 7.687.146 издат је  Роберт А. Фреитас Јр.  на метод за производњу ДЦБ6 угљен-димер алатку за пласирање на. Ово је први патент икада издати за дијаманата мецханосинтхесис или позиционе мецханосинтхесис.