ПОПУЛЯРНЫЕ НАНОТЕХНОЛОГИИ

Размещение материала

Для размещения материала в данном разделе заполните пожалуйста эту форму.

Кадры

Фотогалерея

НИОКР

Проект нанофабрики / 22.04.2008

© Свидиненко Юрий

Источник: Нанотехнологии Nanonewsnet

Перевод и комментарии: Свидиненко Юрий 

Обзор проекта нанофабрики Криса Феникса, директора CRN по разработкам. Одна из целей молекулярной нанотехнологии — массовое производство объектов с наперед заданной атомарной структурой. Это могут быть как биомолекулы, НЭМС, компоненты наноэлектроники, нанороботы, продукты питания, вторая такая же нанофабрика и вообще все что угодно. Необходимо только иметь поатомное описание (оно должно включать как взаимное расположение атомов и их типы, так и химические связи между атомами) вещи, которую надо собрать. Нанофабрика затем, имея описание продукта и сырье (набор атомов и молекул разных типов), соберет готовый объект с атомарной точностью. Для того, чтобы продукт выпускался в больших количествах, производство должно быть автоматизировано и поставлено на поток.

Если на сегодняшний день НЭМС-системы изготавливаются с большим трудом и за большое количество времени, то нанофабрика значительно облегчит их производство и тиражирование. Также нанофабрика, предложенная Крисом Фениксом, позволяет делать свои копии, т.е. реплицироваться.

Сборка и устройство нанофабрики

Одно из ключевых устройств нанофабрики — фабрикатор. Фабрикатор — это управляемое устройство, способное комбинировать атомы друг с другом, создавая различные химические связи между ними. Фактически, фабрикатор — это наноманипулятор, связанный с компьютером и линией доставки сырья. В отличие от ассемблера он привязан к какой-либо основе и неподвижен. Крис считает, что одним из разумных инженерных решений в постройке фабрикатора будет использование «двойного трипода» Ральфа Меркле (см. рис. 1). Наноманипулятор на этой платформе будет характеризоваться высокой степенью свободы и мобильностью, достаточной для механосинтеза (механосинтез — это построение химических связей путем механического приближения друг к другу различных атомов). Молекулярную модель наноманипулятора на базе «двойного трипода» можно увидеть на рис. 2. Для сборки первой нанофабрики потребуется большое количество таких устройств.

1.jpeg

Рис. 1 «Двойной трипод» как платформа для фабрикатора

2.jpeg

Рис. 2 Модель наноманипулятора на базе «двойного трипода»

 

Готовая нанофабрика будет состоять из триллионов отдельных фабрикаторов. Поэтому построить нанофабрику с помощью одного фабрикатора будет сложно. Скорее всего, несколько фабрикаторов объединят в блоки мини-фабрик, которые соберут фабрику побольше, и так до тех пор, пока это производство не достигнет макроскопического уровня. Результатом этого «производственного роста» и будет искомая нанофабрика (см. рис. 3, 4).

3.jpg

fab3.jpg

Рис. 3 Диаграмма процесса сборки первой нанофабрики

5.jpeg

Рис. 4 Трехмерная модель процесса сборки

 

Нанофабрика будет иметь блочную конструкцию для того, чтобы можно было легко сделать ее копию с помощью другой нанофабрики. Блочная система также будет удобна для производства различных компонентов НЭМС-систем, нанокомпьютеров и нанороботов. Каждый фабрикатор должен быть способен произвести наноблок размерами 200х200х200 нанометров. Эта структура принимается Крисом как элементарный «кирпичик» нанофабрики. Подобный наноблок может содержать нанокомпьютер (механический или квантовый) или системы привода нанофабрики, генераторы, части конвейеров и наноманипуляторов крупноузловой сборки. Для изготовления этого наноблока фабрикатору понадобится несколько часов. Опять-таки, скорость производства не будет зависеть от того, насколько сложно описание объекта, а будет зависеть только от размера наноблока.

Как только будут произведены несколько наноблоков, наноманипуляторы крупноузловой сборки соединят их в наноблок побольше. В принципе, эта операция по соединению наноблоков друг с другом будет продолжаться до тех пор, пока нанофабрика не будет из них сконструирована. Крис предлагает следующую архитектуру построения наноблоков (см. рис. 5) и нанофабрики.

6_0.jpeg

Рис. 5 Архитекура нанофабрики и сборки наноблоков

 

В каждом производственном блоке есть манипулятор наподобие производственного крана, который будет переносить части от одного фабрикатора к другому, а также доставлять их на уровни крупноузловой сборки. Для присоединения наноблоков друг к другу Крис разработал оригинальное инженерное решение — по сторонам крупных наноблоков будут расположены специальные коннекторы (см. рис. 6). Коннекторы будут также обеспечивать связь всех наноблоков в глобальную сеть нанофабрики, служить транспортными путями для сырья и охлаждающих веществ.

 

Структура и принцип действия коннекторов

Рис. 6 Структура и принцип действия коннекторов

 

Нанофабрике потребуется серьезная система охлаждения — ведь плотность мощности ее велика (для нанофабрики размерами 0,5х0,5х0,5 м номинальная мощность составит около 200 КВт). Поэтому архитектурой нанофабрики предусмотрена система охлаждения под высоким давлением (внешней оболочки и макроузловых сборок), которая далее разветвляется на охлаждение среднего давления охладителя (в промежуточных стадиях сборки) и на систему низкого давления (отдельных наноблоков с фабрикаторами). Архитектурой также предусмотрена связь с центральным компьютером по каналам, обеспечиваемым системой коннекторов, и система транспорта готовой продукции (см. рис. 6). Также предусмотрена система ребер-компенсаторов, т.к. перепады давления охладителя будут значительными.

Схематическая архитектура нанофабрики

Рис. 7 Схематическая архитектура нанофабрики

 

Самое интересное, что нанофабрику Крис планирует изготавливать из алмазоида — универсального материала наноэры. С одной стороны к нанофабрике будут присоединены баллоны с сырьем: молекулами и атомами, а также охладителем. С другой — интегрированный СAD интерфейс для проектирования продукта.

Проектирование продукта будет производиться в системе СAD. Представьте себе, что к вашему ноутбуку присоединили небольшой ящичек размерами 0,5х0,5х0,5 м (см. рис. 7). Далее на компьютере запускают программу типа 3D Studio MAX и предлагают вам что-нибудь нарисовать. Например, стеклянный шар. Вы рисуете его, указывая тип стекла, его характеристики, цвет, плотность и пр. — и в результате из ящичка выходит нарисованный вами шар. Теперь вы изменяете тип материала, из которого изготовлен шар, на, например, «свинину» — и из ящичка через время выпадает идеально круглый шар из свинины…

Вид нанофабрики

Рис. 8. Вид нанофабрики (представление художников)

 

Для более продвинутых пользователей можно будет сделать конструирование собственных материалов и создание паттернов из различных атомов. Однако зачем делать шарики из свинины? Нарисуем лучше руку робота из алмазоида размерами менее 1 мкм с помощью стандартных инструментов, и присоединим ее к нашему шару (только размерами поменьше, скажем, 1 мкм), оснастив его механокомпьютером (тоже стандартным инструментом) и добавив «батарейки» — наноробот готов! Зададим определенное количество, и из ящичка выйдет серия таких нанороботов (правда, вряд ли их можно будет увидеть невооруженным глазом). Или же, нажав на фабрике кнопку «replicate», мы через два дня получим ее копию. Кто-то скажет, что это долго. Посмотрим, сколько дней надо, чтобы каждый житель земли получил в подарок по нанофабрике:

<< первая < пред. 1 2 след. > последняя >>

Анонсы событий