מה זה ננו טכנולוגיה?
מהי ננו טכנולוגיה?


ננו-טכנולוגיה (או נאנו טכנולוגיה) הוא תחום מחקר ופיתוח טכנולוגיות של מערכות שהגודל שלהן הוא זעיר ביותר - בין ננומטרים בודדים (מיליארדיות המטר) לעשרות של ננומטרים. המחקר בתחום הזה הוא העתיד של המדע והטכנולוגיה ומרבית החוקרים מסכימים שיש בו הרבה הבטחה לעתיד.

כיום עוסקים בנאנו טכנולוגיה בתחומים שבהם המיזעור הופך קריטי, כמו מעבדים והתקנים בתעשיית האלקטרוניקה והחשמל, ריצוף של דנ"א ופיתוח חומרים כימיים חדשים ובעלי חוזק גדול במיוחד.


הנה הננו טכנולוגיה והשימוש שלה בתחומים כמו רפואה (מתורגם):

http://youtu.be/Wa_I6A1cnRQ


הנאנו טכנולוגיה והיתרונות שלה בתחומים יומיומיים (מתורגם):

http://youtu.be/_QF6uJHFcBg


סרט תיעודי על השפעת הננו-טכנולוגיה על העתיד:

https://youtu.be/VniSpbwcLX4?long=yes


והנאנו טכנולוגיה היא אבן יסוד בטכנולוגיית העתיד:

https://youtu.be/hT9GpCJj6nw?long=yes

הננו-פיזיקאים במעבדת המחקר של חברת המחשבים הוותיקה "יבמ" יצרו את הסרטון הקטן ביותר בעולם מאטומים בודדים! הם שברו את השיא העולמי בתחום יצירת סרטים זעירים.

כל התמונות בסרטון נוצרו על ידי הזזה של אטומים בודדים על ידי אנשי יבמ. לאחר הביצוע הוגדלו התמונות הזעירות פי 100 מיליון מגודלן המקורי ונערכו לסרט אנימציה פשוט אך מרשים מבחינה טכנולוגית.

חברת יבמ חוקרת ולומדת רבות כדי לפתח את היכולת לשלוט בתנועתם של אטומים בודדים. החברה עושה זאת בעיקר לצורך הפיתוח של מערכות אחסון אטומיות לאחסון מתקדם של נתוני מחשב.


הנה הסרט הקטן בעולם:

https://youtu.be/eBqFei1rCuM


כך יצרו את הסרטון הכי זעיר בעולם:

https://youtu.be/LpZJ1EFTRzY


וכך נעים האטומים (מתורגם):

https://youtu.be/b0IbXG0hnOk

האירוג'ל (Aerogel) הוא חומר מלאכותי מוצק, בעל צפיפות נמוכה במיוחד ש-99.8% ממנו הוא אוויר. מדובר בחומר שהרכיב הנוזלי שבו הוחלף באוויר, שהוא קל במיוחד.

בזכות המבנה המיקרוסקופי המיוחד שלו, לאירוג'ל יכולת בידוד מעולה (יש לו חסינות לחום של עד 1300 מעלות צלסיוס!) ויכולת לשאת משקל כבד במיוחד.

על אף שהאירוג'ל יוצר לראשונה בשנת 1931 על ידי הכימאי סטיבן קיסטלר, הוא פותח ושופר בעשורים האחרונים הן על ידי נאס"א, לטובת משימות בחקר החלל והן על ידי מדענים בסין, שהצליחו לשפר את תכונותיו עוד יותר.

כיום זוכה האירוג'ל לשימושים מגוונים בתעשיות כמו הקוסמטיקה והצבעים, בחומרי בידוד לבניין ובתעשייה הכימית לסוגיה. בחלל השתמשו בו בשנים האחרונות באיסוף אבק וגרגרי חול מכוכב הלכת מאדים.


הנה הדגמה של הארוג'ל, החומר הקל בעולם, ועד כמה הוא קל:

http://youtu.be/j2Ny_00t30I


וסרטון שמדגים את חוזקו של הארוג'ל ולפיכך את השימושים שלו בתעשיה:

http://youtu.be/WREnMOheOMI

באמצעות מיקרוסקופ מנהור סורק, מכשיר מופלא שמאפשר להזיז אטומים בודדים בחומר, הצליח דוקטור דון אייגלר, שיצר את המיקרוסקופ ועמד בראש המדענים של חברת המחשבים "יבמ" בשנת 1989, לסדר כרצונו 35 אטומים של חומר בשם קסנון.

מהאטומים שהוזזו ממקומם יצרו אייגלר והנאנו-פיזיקאים שלו את הכיתוב IBM על פני משטח של ניקל. כך הם הצליחו ליצור את שלט הפרסום הזעיר בכל הזמנים, זה שכונה אז "IBM atom logo". הם שברו בכך את השיא העולמי ביצירת שלטי פרסום זעירים.


מהשלט הפרסומי הקטן בעולם, שנוצר מאטומים בודדים, לא נותר סרט. אבל הלוגו עשוי אטומים שלהם, שמופיע בסוף הסרטון הזה, הוא התפתחות שלו:

http://youtu.be/oSCX78-8-q0


ובעקבותיו בא עם הזמן גם הסרט הקטן בהיסטוריה, סרט שגם הוא נעשה מאטומים:

https://youtu.be/eBqFei1rCuM

נאנו פירושו מספר זעיר במיוחד, קטן מאד מאד - עשר בחזקת מינוס תשע.

וברור שנאנו הוא גם גודל, גודל של מליונית המילימטר. כלומר מיליונית מהמידה הכי קטנה בסרגל. אם תקחו שערה מראשכם, הרוחב שלה יהיה עצום ביחס לנאנו!

אם תרצו המחשה אחרת לכמה גודל ננו הוא זעיר - היחס בגדלים שבין ננו מטר למטר אחד, הוא כמו היחס בין גודלה של גולה שמישהו מחזיק בידו, לגודלו של כדור הארץ כולו!

מפני שנאנו הוא קטן מאד, מרבים כיום לתת את הכינוי "נאנו" למוצרים קטנים וחסכוניים במקום. המפורסמים ביניהם היו מוצרים כמו נגן המוסיקה אייפוד נאנו של חברת "אפל", או מכונית הנאנו הזעירה שמיוצרת בהודו.

ראו גם באאוריקה, בתגית "ננו-קוליברי" את הרובוט הזעיר הקרוי כך. וזה גם מזכיר שגם עולם הטכנולוגיה עוסק כיום בנאנוטכנולוגיה, או ננוטק כמו שלפעמים קוראים לזה בקיצור.


הנה הסבר לילדים על הגודל של מידת הנאנו:

https://youtu.be/zbFHYjaqjzw


ראו כמה קטן הוא נאנו:

https://youtu.be/bQzFpP4FSN4


סדרי הגודל של יחידות הנאנו:

https://youtu.be/KL6cggDKHSU


וסדרי הגודל של מזעור הנאנו:

https://youtu.be/IC3AcItKc3U

ננו-קוליברי הוא רובוט קטן ומעופף. בפיתוח הרובוט הקטן הזה נעשה שימוש בטכנולוגיה חכמה שגם לומדת מהציפור הזעירה עם התעופה המושלמת. כבר בשנת 2011 שקל הננו-קוליברי 19 גרם והייתה לו מוטת כנפיים של 16.5 סנטימטרים.

כמו הקוליברי האמיתית, גם גירסת הנאנו קוליברי מסוגלת לעוף אנכית ואופקית ומצליחה לרחף במקום גם למול משבי רוח מפתיעים.

על אף משקלו הזעיר נושא הננו-קוליברי מצלמה וציוד תקשורת זעיר וכמובן סוללות מיוחדות בגודל זעיר.


הנה רובוט הננו-קוליברי ומה שהוא מצלם ומשדר בזמן אמת:

http://youtu.be/SgxtIPIDBnY


הרובוט הזעיר שמחקה את תעופת הקוליברי:

https://youtu.be/k_b5nz6a2CQ


הדגמה שביצעה מעבדת הפיתוח של הצבא האמריקני לעיתונאים:

http://youtu.be/uv72wmw5eKw?t=3s


והיכולות המדהימות שכבר היום מגלים רובוטים מעופפים קטנים (מתורגם):

https://youtu.be/RCXGpEmFbOw?long=yes

ננורובוטים (Nano robots) הם כנראה אחת המהפכות העתידיות של עולם הרפואה. לא בטוח שנראה אותם בבתי החולים שלנו בקרוב, אבל הם ללא ספק יוכלו להיות הדור הבא של מכשירי הרפואה של העתיד.

הננו רובוטים הם רובוטים ביולוגיים זעירים שיוחדרו למחזור הדם של החולה ויבצעו משימות מורכבות, שהדרכים לטיפול בהן כיום הן מורכבות, כואבות וחודרניות מאד.

בניגוד למיקרו-רובוטים, שהם מכונות זעירות, הנאנו-רובוטים מבוססים על ביולוגיה, גנטיקה, כימיה זעירה וטיפולים גופניים מתוחכמים.

אלה מעין מכונות מולקולריות שיבצעו משימות כמו ניסוי תרופות ויעילותן בגוף החולה, לוחמה זעירה בתאים סרטניים, בניית עצמות או שחרור של תרופות מקומיות לאזורי גוף מוגדרים.

המדהים הוא שכל אלה יבוצעו בעתיד בקלות, ביעילות וללא ניתוחים יקרים, כואבים או כאלה שמחייבים החלמה ארוכה.

הטכנולוגיה החדשנית והמהפכנית הזו היא ללא ספק ההתגשמות של כל מה שעולם הרפואה חולם עליו. הפתרונות המבריקים והחדשניים שיאפשרו הרובוטים הביולוגיים הזעירים הללו לבעיות רפואיות מוכרות, יצילו חיים ויקצרו זמנים לטיפול בכאבים ומחלות קשות.


הנה הננו-רובוטים של העתיד (עברית):

http://youtu.be/Wa_I6A1cnRQ


כך יישלחו המיני רובוטים לתוך הגוף לבחון יעילות של תרופות לטיפול בסרטן שבו (עברית):

https://youtu.be/2gAECZmklRU


נאנו רובוט שאדם יכול לבלוע והוא ינתח את גופו מבפנים:

https://youtu.be/ayteOA5VDRI


חזון הנאנו רובוטים לתיקון ה-DNA האנושי:

https://youtu.be/Q8tAj8A4pc0


היכרות בכנס מדעי עם המכונות המולקולריות שנכנסות לתוך הגוף לצורך טיפול:

https://youtu.be/YdjERhTczAs


והרצאה על הנאנו רובוטים והשימושים השונים שלהם (עברית):

https://youtu.be/UsTYDCkro44?long=yes

החומר החזק ביותר בעולם יהיה כנראה הבורופין (Borophene). זהו בחומר סינתטי, מלאכותי, שנוצר במעבדה ושלא ניתן למצוא בטבע.

הבורופין פותח בידי חוקרים אמריקאים ונחשף לעולם בשנת 2014. אפילו יותר מגראפין, חומר קל במיוחד שדומה לו במובנים שונים, נראה שהבורופין עשוי להיות החומר החזק ביותר בעולם.

את הבורופין מייצרים בתהליך של אידוי חומר בשם בורון ואז עיבוי שלו על יריעת כסף דקה. כיוון שבורון וכסף לא יוצרים תגובה כימית, נוצרת מעין יריעת בורון בעובי של אטום אחד והיא הבורופין.

כמו הגראפין, החומר הקל להפליא שפותח בשנים האחרונות ומהווה הישג מדעי לכשעצמו, גם הבורופין עשוי מיריעה דקה של אטומים. כל 36 אטומים שלו מסודרים כמשטח דו-ממדי, אותה יריעה שהוזכרה, כשבמרכזם חור בצורה הקסגון. המבנה הזה אינו רק יפה, אלא מקנה לו חוזק נדיר.

מה שמעניין הוא שבתהליך הזה נוצרות בבורופין תכונות שונות, שלא ניתן למצוא באטום הבורון, האטום שמרכיב אותו. למשל זה שלבורופין תכונות מתכתיות, על אף שהבורון הוא יסוד שאינו מתכתי. ניקח לדוגמה את המוליכות החשמלית שלו. בניגוד לבורון, שהוא רק מוליך למחצה, הבורופין מוליך חשמל מצוין. אבל הוא לא סתם מוליך חשמל, אלא שסידור האלקטרונים הייחודי שלו מאפשר זרימת אלקטרונים חד-כיוונית.

החוקרים רואים בעובדה זו פוטנציאל לשימושים עתידיים מגוונים, לצרכי הובלה חשמלית לכיוון אחד בלבד, כשהכיוון השני חסום ומאובטח נגד התחשמלות או העברת מתח חשמלי למקומות שאיננו רוצים.

הבורופין הוא הבטחה ענקית. כשילמדו כיצד ניתן ליישמו בתעשייה, הוא עשוי לשמש כחומר הבנייה של מבני ענק דקיקים, חזקים ויציבים להפליא.

כבר היום מדברים על שימוש בבורופין לצורך בניית "מעלית החלל", מתקן עתידני שיעלה בני-אדם אל מחוץ לאטמוספירה, ללא צורך בחלליות יקרות וצורכות אנרגיה (קראו עליה באאוריקה בתגית "מעלית חלל").


הנה בורופין - החומר החזק בתבל:

https://youtu.be/9WN_71PxjDs


ומעלית החלל שהבורופין יוכל להיות מחומרי הבנייה העיקריים שלה (מתורגם):

https://youtu.be/HQhmsDkZhQA

בשנים האחרונות חוקרים הצליחו להתקדם עוד קצת לכיוון העתיד. להחדיר מנועים זעירים לתוך תאים חיים. זה התרחש לאחר שהם הזיזו אותם באמצעות תאים על-קוליים ובעזרת מגנטים שמכוונים אותם.

החוקרים מבהירים שזהו צעד חשוב נוסף לכיוון של ננו-מכונות לתיקון פגמים ובעיות בגוף מבפנים.

דמיינו שבתוך כמה שנים ייסעו מנועים זעירים בתוך גופנו, ידאגו לקיומם של תהליכים טבעיים, במקום מערכות גוף פגועות או לא מתפקדות ומסייעים בכך לאנשים להבריא ממחלות ולהאריך את חייהם בשנים רבות.


הנה הגדלה פי 1000, שבה רואים מוטות ננו, מנועים זעירים בפעילות בתאי הילה במעבדה:

http://youtu.be/qa_QFFopTms


ומנועי-ננו זעירים בצורת מוטות קטנים וצהובים - בהגדלה של פי 500:

https://www.youtube.com/watch?v=tvvwI3Z-p7U

הגראפין (Graphene) הוא חומר כימי חדש שיוכל בקלות להוביל את המהפכה הטכנולוגית הבאה.

הגראפין הוא חזק פי 200 יותר מפלדה, קל יותר מנוצה וגמיש כמו גומי. הסוללות החדשות עשויות הגראפין נטענות פי 20 יותר מהר ואורך חייהן פי 7 מהסוללות המוכרות לנו.

חומר הגראפין מפותח בהשקעות אדירות ואם יצליח הפיתוח נוכל לקבל בעתיד מכשירים שלא היכרנו כמותם.

דוגמאות? - כלי רכב ומטוסים קלים ובטיחותיים אך בעלי צריכת דלק זעירה, טלוויזיות שניתן להדביק על הקיר כמו טפטים ולגלגל כדי לקחת להרצאות, סמארטפונים ומחשבים גמישים וחזקים מפלדה, סוללות קלות ובעלות חיים ארוכים מאד, עיתונים אלקטרוניים שמחוברים לאינטרנט ומעודכנים בזמן הקריאה, חסרי משקל כמעט ושניתן לקפלם כרצוננו ועוד.

את פיתוח הגראפין מובילים צמד הפיזיקאים מאוניברסיטת מנצ’סטר באנגליה, זוכי פרס נובל בפיזיקה ב-2010, אנדרה גיים וקונסטנטין נובוסלוב. אם יצליח הפיתוח ניתן יהיה לייצר מהגרפן אפילו שרירים מלאכותיים שיחליפו את שרירי הגוף הפגועים של פצועים או את האיברים העייפים שלנו.

את ההמצאה המופלאה שלהם ביססו הממציאים על ערבוב של המינרל גרפיט, אותו גרפיט שאנו מכירים מהעפרונות שלנו, עם פיסות של סרטים דביקים!

אמנם לא הכל פתור בפיתוח הגראפין אבל השקעות של מיליארדים בפיתוחו מבטיחות שאם הוא יצליח, יהיה הגראפין לא פחות מאשר "הפלסטיק של המאה ה-21".


הנה החומר החזק מיהלום - גראפין:

https://youtu.be/fs1-9xRsGCQ


הפוטנציאל שלו לשינוי עולם המוצרים וחיי האדם:

https://youtu.be/Q_eTLPKdrHs


עוד על הגראפין:

http://youtu.be/WFacA6OwCjA


ההכנה של הגראפין ותולדות התגלית המדהימה:

http://youtu.be/PifL8bAybyc


סרטון הדרכה להכנת גראפין בבית:

http://youtu.be/Irg3kbnTN4o


נאנו-חומרים חדשים כבר נוצרו בעקבותיו:

https://youtu.be/jkAXhJWixJ8

"נאנו תאי רפאים" הם תאים שיוכלו לשאת תרופות אל תוך הגידול הסרטני ולשחרר אותן שם, כדי לפגוע בגידול, ללא פגיעה בגוף וברקמות הבריאות שבו. תאי הרפאים הם תאי גזע שרוקנו מהתוכן שלהם והפכו לתאים שעשויים רק מקרום התא ואז הוקטנו לגודל נאנו-מטרי.

מדובר בגודל תא זעיר ביותר, כשכל נאנו תא שכזה ניתן לטעון בתרופות מדויקות לחיסול הגידול הסרטני. יתרונו הגדול של התא הזעיר, הוא היותו חסין מהשפעות של גוף החולה, מה שאומר שמערכת החיסון של הגוף לא תדחה אותו ואת חבריו.

בקיצור, את אותם תאי הרפאים הזעירים ניתן יהיה "להסיע" אל הגידול הסרטני ולשחרר בו ורק בו, את התרופות. האמת היא שלא מדובר בהנעה מכוונת של נאנו-תאי הרפאים אל עבר הגידול, אלא בתנועה חופשית שלהם ברחבי הגוף, עד שהם נתקלים בגידול ומשמידים אותו באמצעות התרופות שהם משחררים רק בהיותם בתוכו.


הנה ננו-תאי רפאים שיילחמו בעתיד בסרטן (עברית):

https://youtu.be/Zf1XdKkYgZo

הסרטן לסוגיו הוא אמנם דומה, אבל יש מכל 100 סוגי סרטן שונים זה מזה. שיטות ריפוי של סרטן, כמו כריתת גידולים, כימותרפיה או הקרנות הן יעילות אבל לא לחלוטין. יש עוד שיטות, אבל כלל השיטות מחפש את הדבר הגדול בתחום.

גם האפשרות שתימצא תרופה אחת שתהיה יעילה לכל סוגי הסרטן היא מורכבת ואולי אף בלתי ניתנת להשגה. על אף שהמוות מסרטן ירד משמעותית בעשורים האחרונים, המחלות הללו עדיין תוקפות מיליוני בני אדם בכל שנה. הערכות אומרות שבין 14 ל-20 מיליון איש מצויים בכל רגע נתון בנסיונות להתרפא מסרטן כלשהו.

אז איך כן ניתן להילחם בסרטן?

את התקוות הגדולות ביותר תולים האונקולוגים כיום בגדילי דנ"א שעברו שינויים רפואיים. המכונות המולקולריות הללו יוכלו לאפשר לנו בעתיד, להילחם בגידולים ובתאים סרטניים.

דמיינו נאנו-רובוטים, מעין רובוטים ביולוגיים זעירים ביותר, שיבצעו את המשימה הזו. מנסים היום למתג את הטיפוס הזה בכינוי "זינובוט" (Xenobot).

המדענים מקווים שזינובוטים כאלה או דומים להם יוכלו לבצע משימות מדהימות למען הבריאות שלנו. באחת מהן יחדירו הרובוטים הזעירים גנים הרסניים אל תוך תאי הסרטן ורק אליהם. המדהים הוא שהם יעשו זאת, מבלי לפגוע בתאים אורגניים השייכים לגוף עצמו ומן הסתם תאים שהרפואה לא תרצה להזיק להם.

ניסויים הוכיחו כבר מזמן שזה אפשרי. באמצעות זיהוי מסלולי האותות של התאים הסרטניים, הצליחו גדילי דנ"א מתוכנתים להחדיר חלבון קטלני לתאים סרטניים ולהביא למותם, ללא פגיעה בתאים הבריאים שבסביבתם.

באופנים מסוימים ובמגבלות רבות, ניתן כבר היום לבצע את ההליך הזה ולהילחם ביעילות בגידולים סרטניים בגוף החולה. אבל הטכנולוגיה החדשנית והמהפכנית הזו היא עדיין בשלבי פיתוח. היא רחוקה עדיין ממימוש נרחב, אך התקווה היא שהתרופות הביולוגיות הללו יגיעו בשנים הקרובות ויתחילו לתת עבודה.

חולי הסרטן, רופאיהם ומערכות בריאות בעולם כולו משוועים לתרופות אלה. הן יוכלו לפתוח עתיד רפואי חדש ומלא תקווה לניצחון על המחלה הקטלנית ביותר של תקופתנו. המעבר לרפואה תוך גופית כבר נעשה מזמן, עכשיו רק צריך שהלוחמה תהיה בין-תאית.


הנה הזינובוטים של ההווה, רובוטים ביולוגיים גדולים יותר, שיילחמו במחלות בגופנו, יפרקו פלסטיק בים ועוד:

https://youtu.be/wL64jqYn4CE


התרופות הגנטיות נגד הסרטן של העתיד (עברית):

https://youtu.be/ZLaubULnFu8


מדוע כה קשה לרפא סרטן? (מתורגם)

https://youtu.be/h2rR77VsF5c