Smart dust: у пыли уже хватает ума помочь человеку
Американские учёные сделали важный шаг к созданию «сообразительной» пыли, которая, в свою очередь, является ещё одним шагом к созданию микророботов. Да-да, шаг к шагу.
Ума у пылинок пока немного, но вполне достаточно, чтобы играть роль детекторов. Познакомимся со «Smart Dust» поближе.
«Умные» микроскопические частички сфабриковала группа исследователей под руководством профессора химии и биохимии Майкла Сэйлора (Michael Sailor) из университета Калифорнии в Сан-Диего (University of California, San Diego — UCSD).
«Эти пылинки — ключ к разработке роботов размером с песчинку. В будущем можно будет создать миниатюрные устройства, передвигающиеся в крошечных средах, вроде вен или артерий, к определённым целям, обнаруживать там химические или биологические составы и передавать информацию о них во внешний мир, — заявил Сэйлор, отчего-то не стремящийся называть свою работу нанотехнологиями.
— Такие устройства могли бы использоваться, чтобы контролировать чистоту питьевой или морской воды, обнаруживать опасных химических или биологических агентов в воздухе и даже находить и уничтожать повреждённые клетки в организме человека».
Профессор Сэйлор родился в 1961 году в Калифорнии.
Создание «умной» пыли – это комбинация электрохимического процесса механической обработки и химических модификаций. Вначале берётся кремниевый чип, из которого гравировкой химикатами получается пористая фотонная структура.
Затем эта структура модифицируется, чтобы получилось цветное двустороннее зеркало – красное с одной, зелёное с другой. Наподобие светофора.
«Сообразительные» частички облепили каплю масла. Всё понятно — это масло (фото UCSD).
Стороны пористой зеркальной поверхности учёные наделили практически противоположными свойствами. Одна — гидрофоб, то есть водоотталкивающая, но «любящая» маслянистые вещества, другая — гидрофил, привлекательная для воды.
Вот такой получился кремниевый чип.
После того, как зеркальный чип разрушается ультразвуком, от него остаются микроскопические частички диаметром с человеческий волос. И каждая часть теперь — крошечный датчик.
Семейство самоорганизующихся сенсоров.
Схема получения пыли из кремниевого чипа (иллюстрация UCSD).
При появлении воды пылинки начинают себя вести подобно избушке на курьих ножках, «гидрофилической» красной стороной поворачиваясь в воде, а зелёной «гидрофобической» к воздуху. Когда же в «игру» вступает маслянистое (нерастворимое в воде) вещество, частички окружают каплю, прижимаясь к ней «гидрофобической» стороной.
«Smart Dust» в пузырьке (фото АР).
Ну, а поскольку стороны разноцветные, по окраске можно определить, что творится в этой «пыльной» среде. По словам Сэйлора, частицы могут быть запрограммированы на миллионы всевозможных реакций, что даёт возможность обнаружить присутствие тысяч химикалий одновременно.
Длины волн света или цвета, отражённого от поверхностей пылинок после того, как поры отреагируют на химического или биологического агента — это своего рода штрих-код.
В то время как каждая частичка слишком мала, чтобы по её цвету определить изменения, коллектив из сотен или тысяч пылинок уже достаточно заметен для лазера с 20 метров.
Структура пылинок при самом ближайшем рассмотрении (иллюстрация UCSD).
В UCSD поставили себе цель разглядеть изменения с расстояния в километр.
Над сообразительными пылинками профессор Сэйлор с коллегами работают уже второй год – в 2002-м они представили частички с односторонней зеркальной поверхностью.
Прогресс налицо, можно ожидать новых достижений.
Тем более, что учёные не испытывают недостатка в финансировании: им покровительствуют Национальный научный фонд США (National Science Foundation) и озабоченные борьбой с терроризмом военные в лице управления научных исследований ВВС (Air Force Office of Scientific Research) и агентства Пентагона по передовым оборонным разработкам DARPA.
Микророботы? Ждём не дождёмся.
Smart Dust: The God Particle
