Kde potkáme nanotechnologie v budoucnosti?

Samočisticí textilie, lepidlo místo svářečky. Motorem digitální revoluce jsou pokročilé materiálové technologie. Miniaturizace sestoupila na úroveň molekul a atomů. Čekejte podivuhodné věci.

Samoopravující se kompozitní materiál. Kredit: Rice University / Jeff Fitlow.
Samoopravující se kompozitní materiál. Kredit: Rice University / Jeff Fitlow.

Nano je měřítko neviditelného rozměru. Rozdíl mezi jedním nanometrem a metrem je jako rozdíl velikosti tenisáku a zeměkoule nebo mravence a fotbalového hřiště. Těžko si asi představíme, že nanovlákno je tisíckrát tenčí než lidský vlas. Nanotechnologie manipulují s hmotou v těchto velmi malých a před lidským okem ukrytých dimenzích a vytvářejí nové vlastnosti materiálů, jaké nelze vytvořit v makrosvětě. Objem světového trhu nanotechnologických produktů neustále roste a v roce 2020 se odhaduje na 3 bilióny USD.

Očekávané hlavní oblasti rozvoje nanotechnologií v blízké budoucnosti můžeme rozdělit do pěti skupin a tu poslední z nich dejme do závorky jako symbol, že naprosto překračuje naši dosavadní zkušenost: 1. pervazivní nanosenzorika, 2. chytré materiály, 3. decentralizovaná energetika, 4. big data, a konečně, v závorce (5. nesmrtelnost a singularita).

Pervazivní nanosenzorika: obaly potravin vám ohlásí, že se kazí

Slovo pervazivní naznačuje, že senzory detekující nejrůznější fyzikální a chemické parametry budou ve světě žijícím v digitální síti úplně všude. Autonomní stroje s umělou inteligencí si budou ohmatávat svoje okolí neviditelnými čidly, ať už to budou auta bez řidiče, vojenské helikoptéry bez pilota nebo robosekuriťák v supermarketu. Můžeme si být jistí, že daleko předčí lidské smysly. Nanosenzory v konstrukci staveb budou sledovat namáhání materiálu a kritické hodnoty vlivu prostředí. Nanosenzory v obalu potravin budou zákazníka nebo třeba naši inteligentní ledničku informovat, že se něco kazí.

Monitor EKG na smartphonu. Kredit: Dexter Johnson.
Monitor EKG na smartphonu. Kredit: Dexter Johnson.

Velmi slibné využití nanosenzorů nabízejí tzv. wearables, což by se dalo neobratně česky přeložit jako miniaturizovaná nositelná elektronika. Můžeme si představit chytré hodinky nebo náramky, ale zdá se, že ohebnou neviditelnou elektronikou a nanosenzory bude v blízké budoucnosti doslova protkané oblečení od hlavy až k patě, které bude monitorovat naše zdraví i náladu. Pro ilustraci dva příklady publikované v první polovině letošního roku: senzory, které analyzují lidský pot a tak mohou diagnostikovat řadu nemocí; grafenová náplast, která monitoruje glukózu v krvi a automaticky injektuje lék, když je třeba.

Pověřená umělá inteligence bude mít k dispozici nonstop informace o našem stavu a bude na to reagovat. On-line AI lékař nás bude včas varovat, aplikovat lék na dálku nebo rovnou pošle autonomní sanitku. AI ukrytá v eshopech, facebooku nebo googlu bude vždycky vědět, co nám má anebo nemá podle našeho momentálního rozpoložení nabízet. Neviditelné senzory v kombinaci se smartphony se také velmi pravděpodobně změní na flexibilní mobilní laboratoře. Firma Oxford Nanopore Technologies letos představila přenosnou čtečku DNA, na kongresu MWC 2016 v Barceloně věnovanému mobilním technologiím byla předvedena technologie na bázi grafenu a kvantových teček, která udělá ze smartphonu monitor EKG.

Chytré materiály: superpevné metalické nanolepidlo nahradí svařování

Chytrým materiálem může být nanovlákenná bariéra v protiroztočových lůžkovinách pro alergiky, samočisticí nátěr na fasádu s nanočásticemi TiO2 ale i superpevné a ultralehké křídlo letadla z grafenu. Velmi zjednodušeně řečeno chytrý materiál umí prostě vedle základního účelu použití ještě něco navíc – díky nanotechnologiím. Například bostonský startup MesoGlue v lednu 2016 představil superpevné metalické nanolepidlo, které nahradí svařování a pájení kovových dílů. Na australské univerzitě RMIT vědci naopak pracují na samočisticí textilii, která se vyčistí sama, pouze pomocí světla a katalytické reakce nanostruktur. Nový nanokompozitní materiál vědců na Rice University se sám opraví a zůstane přitom pevný jako dřív. Vědci v Londýně nechali zmizet předmět pokrytý nanokompozitním materiálem. Nezačíná vám to připomínat sci-fi nabo Harryho Pottera?

Grafenová vrstva na FV panelu vyrábí elektřinu z deště. Kredit: Wiley-VCH
Grafenová vrstva na FV panelu vyrábí elektřinu z deště. Kredit: Wiley-VCH

Samostatnou kapitolou jsou nanotechnologické materiály ve spojení se 3D tiskem. Budoucí elektronika založená na grafenu se bude přímo tisknout do libovolných 3D tvarů grafenovým inkoustem. Když na to přijde, nemusí být tak daleko doba, kdy si nový smartphone jednoduše vytiskneme doma. 3D tiskem to ale nekončí. Na Northwestern University v Illinois ve Spojených státech běží projekt 4D tisku v nanoměřítku. Tím čtvrtým rozměrem je čas a vytisknuté objekty jsou schopné se v průběhu své životnosti postupně transformovat do jiných tvarů k plnění dalších funkcí.

Autor: Jiří Kůs, pokračování článku na www.osel.cz