Prof. Dr Luan Karcanaj
Ç’është nanoteknologjia? Perse shumëkush mbetet konfuz, nuk e kupton apo ngre supet dhe habitet me zhvillimin e vrullshëm të saj? Arsyeja është se gjithëkush, e ka të vështirë të kuptojë apo imagjinojë se si nanoshkenca dhe nanoteknologjia të fokusuara në studimin, krijimin dhe aplikimin e materjaleve jashtëzakonisht të vogla (në nivel molekule dhe atomi) gjen përdorim në fusha të ndryshme të shkencës, si kimia, fizika, inxhinieria, shkenca e materialeve, transporti, biologjia, mjeksia, mjedisi, energjia etj etj.
Është e vështirë të përfytyrohen përfitimet e shumta që i sjell nanoteknologjia shoqërisë njerëzore.
Natyrisht arritjet deri në aplikim të nanoteknologjisë lidhen me punën kërkimore të mëndjeve më të ndritura të shkencës, por njeriu i thjeshtë, i cili nuk futet dot në brendinë e kësaj shkence, e kupton atë (nanoteknologjinë) vetëm nëpërmjet produktit që ai prodhon, i cili është i prekshëm dhe gjenë përdorim në jetën e tij të përditëshme.
Nanoteknologjia është shkencë, inxhinieri dhe teknologji, që ka në focus studimin, prodhimin dhe përdorimin e elementëve të madhësisë nanometër (rreth 1 deri 100 nm). 1 nm = 10-9 m.
Idetë dhe konceptet e para të nanoshkencës dhe nanoteknologjisë i referohen një fjalimi të titulluar “Ka shumë hapësirë në fund” nga fizikani Richard Feynman në një takim të “Shoqatës Fizike Amerikane” në Institutin e Teknologjisë në Kaliforni (CalTech) më 29 dhjetor 1959, shumë kohë përpara se të përdorej termi nanoteknologji. Në fjalimin e tij, Feynman përshkroi një proçes në të cilin shkencëtarët do të ishin në gjendje të manipulonin dhe kontrollonin atomet dhe molekulat individuale. Rreth një dekade më vonë, në eksplorimet e tij të përpunimit ultrapreciz, profesor Norio Taniguchi shpiku termin nanoteknologji.
Megjithatë viti 1981 njihet si viti i lindjes së nanoteknologjisë moderne, për shkak të shpikjes së mikroskopit të ashtuquajtur “scanning tunneling microscope” (STM) që arrinte të vrojtonte atome individuale.
Konceptet Themelore në Nanoshkencë dhe Nanoteknologji
Një nanometër (nm) është një e miliarda e një metri, ose 10-9 e një metri. Le ta ilustrojmë vlerën ekstremisht të vogël të nanometrit nëpërmjet disa shembujsh:
- Një milimetër ka 1 miljon nanometra
- Një fletë gazete është rreth 100,000 nanometra e trashë
- Në një shkallë krahasuese, nëse perimetri i një topi tenisi do të përfytyrohej me përmasën e një nanometri, atëherë një metër do të përfaqësonte afërsisht perimetrin e tokës.
Çdo gjë në Tokë përbëhet nga atome – trupi injeriut, ushqimi që hamë, rrobat që veshim, ndërtesat dhe shtëpitë ku jetojmë, etj. Nanoshkenca dhe nanoteknologjia përfshijnë aftësinë për të parë dhe kontrolluar atomet dhe molekulat individuale.
Por diçka aq e vogël sa atomi i një lënde është e pamundur të shihet me sy të lirë. Madje, është e pamundur të shihet edhe me mikroskopët e zakonshëm, që përdoren në shkollat e mesme dhe të larta.
Mikroskopët e nevojshëm për të parë gjërat (grimcat) e nivelit nano, të tilla si „Scanning tunneling microscope” (STM) dhe „Atomic force microscope“ (AFM), u shpikën në fillim të viteve 1980, prandaj pranohet se epoka e nanoteknologjisë i ka fillimet e saj në këto vite.
Megjithëse nanoshkenca dhe nanoteknologjia moderne janë mjaft të reja, materialet në shkallë nano janë përdorur ndër shekuj. Ngjyrat e ndryshme të dritareve prej xhami të kishave mesjetare qindra vjet më pare janë krijuar nga alternimi (ndryshimi) i përmasave të grimcave të arit dhe argjendit nga artistë të asaj kohe. Në atë kohë, artistët thjesht nuk mund ta dinin se procesi që ata përdorën për të krijuar këto vepra të bukura arti i dedikohej aktualisht ndryshimeve në përbërjen e materialeve me të cilat punonin.
Shkencëtarët dhe inxhinierët e sotëm po gjejnë larmi mënyrash që të realizojnë materiale në nanoshkallë për të përfituar nga vetitë e tyre të përmirësuara si forca më e madhe që mund të ushtrohet në të, pesha më e lehtë, kontrolli i shtuar i spektrit të dritës dhe reaktiviteti më i madh kimik kundrejt homologëve të tyre të një shkalle më të madhe.
Nanoteknologjia nuk përdoret thjesht për shkak të përmasave gjithnjë e më të vogla, por kryesisht sepse puna në shkallë nano u mundëson shkencëtarëve të studjojnë, të kuptojnë dhe të përdorin vetitë unike fizike, kimike, mekanike dhe optike të materialeve që ndodhin në këtë shkallë, ku dominojnë ligjet e mekanikës kuantike.
Kur krijohen grimca me dimensione rreth 1-100 nanometra, vetitë e materialeve mund të ndryshojnë ndjeshëm nga ato në shkallë më të madhe. Kjo është shkalla e madhësisë ku efektet kuantike mund të rregullojnë sjelljen dhe vetitë e grimcave. Një rezultat magjepsës dhe i fuqishëm i efekteve kuantike të nanoshkallës është koncepti i “përshtatshmërisë” së vetive. Kjo do të thotë, duke ndryshuar madhësinë e grimcave, një shkencëtar mund të rregullojë hap pas hapi një veçori materiale me interes. Në nanoshkallë, vetitë si pika e shkrirjes, fluoreshenca, përçueshmëria elektrike, përshkueshmëria magnetike dhe reaktiviteti kimik mund të ndryshojnë në funksion të madhësisë së grimcës.
Ari në nanoshkallë ilustron vetitë unike që ndodhin në shkallën nano. Ari në nanoshkallë mund të duket i kuq ose vjollcë në varësi të madhësisë së grimcës. Për shkak të efekteve kuantike nanogrimcat e arit ndërveprojnë ndryshe me dritën në krahasim me grimcat e arit në shkallë më të madhe,.
Nanomaterialet emërtohen sipas formave dhe përmasave të tyre. Ato mund të mendohen thjesht si grimca, tuba, fije, filma, ose nanopredha, që kanë një, dy ose tre dimensione të shkallës nanometër. Për shembull, nanotubat e karbonit kanë një diametër në shkallë nano, por mund të jenë disa qindra nanometra ose edhe më të gjatë. Nanofilmat ose nanopllakat kanë një trashësi në shkallë nano, por dy dimensionet e tjera të tyre mund të jenë shumë më të mëdha. Ndersa tre dimensionet e predhave janë të përmasave të shkallës nano.
Materialet në shkallë nano kanë raport shumë më të madh sipërfaqe/vëllim kundrejt materialeve masive. Ndërsa sipërfaqja për vëllim rritet, materialet bëhen më reaktive.
Një shembull i thjeshtë, i cili ilustrohet në figurë, tregon pse me nanogrimcat arrihen sipërfaqe jashtëzakonisht të mëdha
Një kub i ngurtë i një materiali me brinjë 1cm ka një sipërfaqe prej 6 cm2. Por nëse ai vëllim prej 1 cm3 do të mbushej me kube të vegjël me brinjë 1 mm, do të rezultonin (10 x 10 x 10) = 1000 kube me sipërfaqe 6 mm2, që do të jepnin në total një sipërfaqe (1000 x 6) mm2 = 60 cm2, d.m.th.10 herë më të madhe se sa në rastin e parë. Kubi me brinjë 1cm do të transformohej kështu në një kartë pak më të madhe se një kartë krediti. Nëse kubi me vëllim 1 cm3 do të mbushej me kube me brinjë 1 μm (micrometër), do të rezultonin një trilion (1012) kube me sipërfaqe 6 〖μm〗^2,duke dhënë në total një sipërfaqe prej 6 m2, ose disi më të vogël se gjurma e një automjeti të vogël. Dhe kur kubi me vëllim 1 centimetër kub do të mbushej me kube me brinjë 1 nm (nanometer) —atëherë sipërfaqja totale e marrë nga 1021 kube me sipërfaqe 6 nm2 sejcila, do të arrinte në 6000 metra katrorë.
Me fjalë të tjera, një centimetër kub i vetëm nanogrimcash ka një sipërfaqe totale që është edhe më e madhe se sipërfaqja e një fushe futbolli. Realiteti i rritjes së sipërfaqes, çon në ekspozimin më të madh të nanomaterjalit ndaj mjedisit përreth, e si rrjedhojë edhe në rritjen e shpejtësisë të reaksioneve të tyre kimike ose e thënë ndryshe në rritjen e reakrivitetit të tyre. Përfitimi që sjell sipërfaqja shumë më e madhe dhe përmirësimi i reaktivitetit të materjaleve me nanostrukturë ndihmojnë p.sh. në krijimin e katalizatorëve më të mirë. Një shembull përdorimi e gjejmë tek konvertuesi katalitik i një automjeti, i cili pastron gazin që shkarkon automjeti dhe redukton si pasojë ndotjen e ajrit. Sipërfaqja më e lartë e katalizatorëve në shkallë nano u ka mundësuar konvertuesve katalitikë modernë të përdorin shumë më pak metal të çmuar në raport me më parë, për të njëjtin reduktim të gazrave ndotës. Inxhinierët po përfitojnë nga rritja e reaktivitetit në shkallë nano për të projektuar bateri, qeliza karburanti dhe katalizatorë më të mirë për sistemet e gjenerimit dhe të ruajtjes së një energjije më të sigurt dhe më të pastër.
Gjatë mijëvjeçarëve, natyra e ka përsosur artin e biologjisë në shkallë nano. Shumë nga funksionet e brendshme të qelizave ndodhin natyrshëm në shkallë nano. Për shembull, hemoglobina, proteina që mbart oksigjenin nëpër trup, ka një diametër prej 5.5 nm, ndërsa një fije ADN-je, një nga blloqet ndërtuese të jetës, e ka diametrin me vetëm rreth 2 nm.
Duke u mbështetur në nanoshkallën natyrore të biologjisë, shumë studiues të fushës së mjeksisë po punojnë në hartimin e mjeteve, trajtimeve dhe terapive, të cilat që janë më të sakta dhe të personalizuara se ato konvencionale. Parashikohet që nanomedikamentet të ofrojnë terapi direkte në një pjesë specifike brënda trupit, i cili mund të ulë dozën e nevojshme për të arritur efektin terapeutik dhe për të reduktuar efektet anësore negative. Nanomaterialet po përdoren gjithashtu për të zhvilluar pajisje diagnostikuese dhe monitoruese të lehta për t’u përdorur në një gamë të gjerë aplikimesh, të cilat mund të përfshijnë monitorimin e glukozës, testet e shtatzënisë dhe zbulimin viral. Nanomaterialet e avancuara mund të përdoren për të përmirësuar performancën kimike, fizike dhe mekanike të materialeve protetike, me përfitime që mund të përfshijnë biokompatibilitet më të mirë, raport të mirë force/peshë dhe veti antimikrobike për të zvogëluar rrezikun e infeksionit.
Aplikime të Nanoteknologjisë
Pas më shumë se 20 vitesh kërkimi bazë në fushën e nanoshkencës, aplikimet e nanoteknologjisë po japin në mënyra të pritshme dhe të papritëshme rezultate mahnitëse në ndihmë të shoqërisë.
Më poshtë jepen shembuj të një liste me rritje të shpejtë të nanomaterjaleve, që ndihmojnë në përmirësimin e konsiderueshëm, madje edhe revolucionarizimin e shumë sektorëve të teknologjisë dhe industrisë, të tilla si teknologjia e informacionit, siguria e vendit, biologjia, mjeksia, transporti, energjia, siguria ushqimore, mjedisi, etj.
Duke përdorur nanoteknologjinë, materialet në mënyrë efektive mund të bëhen më të forta, më të lehta, më të qëndrueshme, më reaktive, përçuese më të mira të elektricitetit, ndër shumë tipare të tjera. Shumë produkte komerciale, që mbështeten në materiale dhe procese të shkallës nano, janë aktualisht në treg dhe në përdorim të përditshëm.
Materialet dhe proceset e përditshme të nanoteknologjisë
Materialet nano-inxhinierike, që përdoren në automjete, përfshijnë sistemet e fuqishme për ngarkimin e baterive; materiale termoelektrike për kontrollin e temperaturës; goma me rezistencë më të ulët rrotullimi; sensorë dhe elektronikë me efikasitet të lartë dhe kosto të ulët; panele diellore inteligjente me shtresë të hollë dhe me një gamë të gjerë aditivësh në përbërje të karburantit, për shkarkim më të pastër të gazrave.
Pesha e lehtë e makinave, kamionëve, aeroplanëve, varkave dhe anijeve kozmike mund të çojë në kursime të konsiderueshme të karburantit. Aditivët në shkallë nano në materialet e përbëra polimer kanë gjetur përdorim në shkopat e bejsbollit, raketat e tenisit, biçikletat, helmetat e motoçiklistave, në pjesët e automobilave, bagazhet dhe mbajtëset e veglave elektrike, duke i bërë ato të lehta, të ngurta, të qëndrueshme dhe fleksible. Fletët e nanotubave të karbonit mund të gjejnë përdorim në avionët, anijet kozmike, satelitët e gjeneratës së ardhshme. Kombinimi i peshës së lehtë dhe përçueshmërisë së lartë i bën ato ideale për aplikime të tilla si skermimi elektromagnetik dhe menaxhimi termik.
Filmat e pastër në shkallë nano, që përdoren në xhamat e syzeve, ekranet e kompjuterave dhe të kamerave, apo në dritare dhe sipërfaqe të tjera, mund prodhohen me veti kundra ujit dhe mbetjeve, me veti antireflektuese, vetëpastruese, rezistente ndaj dritës ultraviolet ose infra të kuqe, antimikrobike, rezistente ndaj gërvishtjeve, etj.
Materialet në shkallë nano kanë filluar të përdoren edhe për prodhimin e “pëlhurave inteligjente” të qëndrueshme, të pajisura me nanoelektronikë dhe nanosensorë fleksibël, për monitorimin e shëndetit, kapjen e energjisë diellore dhe fitimin e energjisë përmes lëvizjes.
Aditivët në shkallë nano ose trajtimet sipërfaqësore të pëlhurave me të cilat qepen jelekët e personelit ushtarak ose policor, për mbrojtje nga plumbat, ndihmojnë që jelekët t’i rezistojnë më mirë rrudhave, njollave dhe rritjes bakteriale.
Nano-bioinxhinieria e enzimave mund të përdoret për shndërrimin e celulozës nga copat e drurit, kërcellet e misrit, barërat shumëvjeçare të pafertilizuara etj, në etanol për lëndë djegëse. Nanomaterialet celulozike kanë demonstruar aplikime të mundshme në një gamë të gjerë sektorësh industrialë, duke përfshirë elektronikën, ndërtimin, paketimin, ushqimin, energjinë, kujdesin shëndetësor, automjetet, mbrojtjen, etj. Nanomaterialet celulozike ofrojnë një raport mbresëlënës forcë-peshë dhe parashikohen të jenë më pak të kushtueshme në raport me shumë nanomateriale të tjera.
Veshjet qeramike me nanostrukturë janë shumë më rezistente ndaj konsumit të pjesëve të makinerive në raport me veshjet konvencionale. Lubrifikantët dhe vajrat e ndryshme të mundësuara nga nanoteknologjia reduktojnë ndjeshëm konsumimin e pjesëve lëvizëse të automjeteve apo makinerive industriale, duke rritur kështu jetëgjatësinë e tyre.
Nanogrimcat përdoren gjithnjë e më shumë në procesin e katalizës për të nxitur reaksionet kimike. Përdorimi i tyre zvogëlon sasinë e materialeve katalitike të nevojshme për të arritur rezultatin e dëshiruar, redukton nivelin e ndotjes dhe ul vlerën e shpenzimeve. Dy aplikime të mëdha i gjejmë në sistemet e rafinimit të naftës dhe në konvertuesit katalitikë të automobilave.
Materialet nano-inxhinierike prodhojnë produkte superiore për përdorim shtëpiak në heqjen e grasos, vajrave dhe njollave, si dhe sensorë mjedisorë apo filtra antibakterial për pastrimin e ajrit.
Materialet në shkallë nano po inkorporohen gjithashtu në një shumëllojshmëri produktesh të kujdesit personal. Dioksidi i titanit në shkallë nano dhe oksidi i zinkut janë përdorur prej vitesh në kremrat e diellit, për të siguruar mbrojtje nga dielli ndërsa duken të padukshëm në lëkurë.
Wshtë vendi të përmendim, që ndërsa shkencëtarët e nanomaterialeve inxhinierike fokusohen në natyrën teorike dhe në zbulimin e vetive të materies, inxhinierët përqendrohen në atë që mund të bëhet me tërësinë e njohurive të materialeve, që janë krijuar nga shkenca. Detyra kryesore për një inxhinier të shkencave materiale të shkallës nano është kërkimi, zhvillimi testimi dhe aplikimi i nanomaterialeve për të krijuar produkte dhe teknologji të reja. Si rrjedhojë arsimimi i tij, duhet të përfshijë një gamë të gjerë disiplinash. Nuk është e pazakontë të gjesh studiues në fushën e nanoteknologjisë, që mbajnë diploma të shumta, shpesh në fizikë ose kimi dhe në ndonjë formë inxhinierie, me ekspertizë edhe në gjenetikë ose mikrobiologji.
Le të veçojmë në vazhdim aplikimet e nano teknologjisë ne disa nga fushat e teknologjisë:
Në fushën e elektronikës dhe të teknologjisë së informacionit (IT-së)
Nanoteknologjia ka një kontribut të veçantë në përparimet e mëdha në fushën e elektronikës dhe informatikës, duke realizuar sisteme shumë më të vogla, shumë më të shpejta, që mund të menaxhojnë dhe ruajnë sasi gjithnjë e më të mëdha informacioni.
Kjo i dedikohet zvoglimit gjithënjë e më shumë të përmasave te transistorëve çelës dhe fijeve lidhëse ndërmjet tyre, në saj të përdorimit të nanotubave të karbonit. Në fillim të këtij shekulli një transistor tipik ishte i rendit 130 deri në 250 nm, ndërsa sot ka arritur përmasën e më pak se 1 nm.
Sot qarqet e integruar (çipet), kanë një shkallë apo densitet integrimi të rendit qindra miliona, miljarda nanotransistorë që punojnë në regjim çelësi, duke rritur kapacitetin, shpejtësinë dhe reduktuar përmasat e hardware-it të kompjuterave modern dhe çmimin e tyre. Së shpejti e gjithë memoria e kompjuterit mund të ruhet në një çip të vogël.
Memoriet magnetike me akses të rastësishëm (MRAM), do të bëjnë që kompjuterët të jenë në gjendje të inicializohen (boot-ohen) pothuajse menjëherë. MRAM mund të ruajë shpejt dhe në mënyrë efektive të dhënat gjatë një mbylljeje të sistemit ose të aktivizojë veçoritë e inicializimit.
Televizorët në tregun e sotëm kanë ekrane me definicion ultra të lartë që përdorin pika kuantike për të prodhuar ngjyra më të gjalla, që konsumojnë shumë pak energji.
Pajisjet elektronike fleksible, të shtrira, të përkulshme, të palosëshme, të rrotullueshme po prekin sektorë të ndryshëm dhe po integrohen në një shumëllojshmëri produktesh, që përfshijnë pajisjet me nanoçipe të veshjeve, aplikacionet mjekësore, aplikacionet në hapësirën ajrore, internetin e gjërave, etj.
Elektronika fleksible përdor p.sh. nanomembrana gjysmëpërçuese për aplikime në ekranet e smartfonëve dhe lexuesve elektronik. Nanomaterialet celulozike dhe nanomateriale me bazë grafeni po përdoren për lloje të ndryshme të elektronikës fleksibël, për të mundësuar sensorë të veshur dhe “tatuazh” fotovoltaik që mund të qepen në veshje dhe letër elektronike, e cila mund të mbështillet. Bërja e pajisjeve elektronike të sheshta, fleksibël, të lehta, jo të brishta dhe me efikasitet të lartë hap derën për produkte të panumërta inteligjente.
Produkte të tjera kompjuterike dhe elektronike përfshijnë çip-et e memorieve “flash” për telefonat inteligjentë, për aparate dëgjimi ultra-reaguese, veshje antimikrobike -antibakteriale të tastierave dhe këllëfeve të celularëve dhe bojëra përçuese, për elektronikë të printuar në karta dhe paketime intelegjente.
Në fushën e mjekësisë dhe të kujdesit shëndetësor
Nanoteknologjia tashmë po zgjeron mjetet mjekësore, njohuritë dhe terapitë që aktualisht janë të disponueshme për mjekët. Aplikimi i nanoteknologjisë në mjekësi, mbështetet në shkallën natyrore të fenomeneve biologjike për të prodhuar zgjidhje të sakta për parandalimin, diagnostikimin dhe trajtimin e sëmundjeve. Më poshtë jepen disa shembuj të përparimeve të fundit në këtë fushë:
Aplikacionet komerciale kanë përshtatur nanogrimcat e arit si sonda për zbulimin e sekuencave të synuara të acideve nukleike. Gjithashtu këto nanogrimca po hetohen klinikisht si trajtime të mundshme të sëmundjeve kanceroze dhe sëmundjeve të tjera.
Mjetet më të mira imazherike dhe diagnostikuese të mundësuara nga nanoteknologjia i kanë hapur rrugë diagnozës më të hershme, opsioneve më të individualizuara të trajtimit dhe normave më të mira të suksesit terapeutik.
Nanoteknologjia po studiohet si për diagnozën ashtu edhe për trajtimin e aterosklerozës, apo krijimin e pllakave në arterie. Në një qendër teknologjike, studiuesit krijuan një nanogrimcë që imiton kolesterolin “e mirë” të trupit, i njohur si HDL (lipoproteina me densitet të lartë), e cila ndihmon në tkurrjen e pllakës.
Studiuesit e nanoteknologjisë janë duke punuar në fushën e terapisë me qëllim që një nanogrimcë të mund të kapsulojë dhe të ndihmojë shpërndarjen e medikamenteve direkt në qelizat e kancerit dhe të minimizojë rrezikun e dëmtimit të indeve të shëndetshme. Kjo ka potencialin të ndryshojë mënyrën se si mjekët trajtojnë kancerin dhe të reduktojë në mënyrë dramatike efektet toksike të kimioterapisë.
Hulumtimi në përdorimin e nanoteknologjisë për mjekësinë rigjeneruese përfshin disa fusha aplikimi, duke përfshirë inxhinierinë e kockave dhe indeve nervore. Për shembull, materialet e reja mund të projektohen për të imituar strukturën minerale kristalore të kockave të njeriut ose të përdoren si një rrëshirë restauruese për aplikime dentare. Studiuesit po kërkojnë mënyra për të rritur inde komplekse me qëllim që një ditë të përdoren për transplantimin e organeve të njeriut. Kërkuesit shkencort po studiojnë gjithashtu mënyra për të përdorur nanoshirita grafeni për të ndihmuar në riparimin e dëmtimeve të palcës kurrizore; Hulumtimet paraprake tregojnë se neuronet rriten mirë në sipërfaqen e grafenit përçues.
Sot punohet në fushën e nanorobotikës për të zhvilluar nanorobotë mikroskopikë që janë shumë më të vegjël në gjerësi se fija e flokut të njeriut. Mjeku që praktikon nanomjekësinë do t’i ofronte pacientit një injeksion të një lloji të veçantë nanoroboti që do të kërkonte mbi bazë programimi, qelizat e kancerit dhe do t’i shkatërronte ato, duke lënë qelizat e shëndetshme të paprekura. Shkalla e vështirësisë për pacientin do të ishte në thelb një shpim në krah. Një person që i nënshtrohet një trajtimi nanorobotik mund të mos ketë vetëdije për pajisjet molekulare që punojnë brënda tyre, por pret me bindje të justifikuar, që përmirësimi i shëndetit të tij të jetë i shpejtë.
Studiuesit e nanomjekësisë po shikojnë mënyra se si nanoteknologjia mund të përmirësojë vaksinat, duke përfshirë dhënien e vaksinës pa injeksion.
Në fushën e energjisë
Nanoteknologjia është duke gjetur gjithënjë e më shumë përdorim në burimet tradicionale të energjisë duke përmirësuar në masë të madhe qasjet alternative të energjisë për të përmbushur kërkesat në rritje për energji të rinovueshme në botë, me kosto të ulët, humbje të vogla të energjisë dhe vlerë të ulët të toksicitetit në mjedis.
Nanoteknologjia po përmirëson efikasitetin e prodhimit të karburantit nga lëndët e para të naftës përmes katalizimit më të mire, si dhe po mundëson uljen e konsumit të karburantit në automjete dhe termocentrale përmes djegies me efikasitet më të lartë dhe zvoglimit të fërkimit.
Nanoteknologjia ka gjetur dhe do gjejë zbatim për nxjerrjen e naftës dhe gazit nëpërmjet përdorimit të valvulave të ngritjes së gazit, të realizuara nga nanoteknologjia në operacionet në det të hapur si dhe për të zbuluar thyerjet mikroskopike të tubacioneve të naftës në pus.
Hulumtime po zhvillohen edhe lidhur më “pastruesit” dhe membranat e nanotubave të karbonit për të ndarë dioksidin e karbonit nga shkarkimi i termocentraleve.
Studiuesit janë duke punuar për prodhimin e fijeve me përbërje nanotubash karboni, të cilat të kenë rezistencë shumë më të ulët se telat e tensionit të të lartë, që përdoren aktualisht në rrjetin elektrik, duke reduktuar humbjet e energjisë së transmetuar.
Nanoteknologjia mund të përfshihet në panelet diellore për të shndërruar në mënyrë sa më efikase energjinë e diellit në energji elektrike. Qelizat diellore me nanostrukturë do të jenë më të lira për t’u prodhuar dhe më të lehta për t’u instaluar, mbasi ato mund të përdorin procese prodhimi të ngjashme me printimin dhe mund të mbështillen në rrotulla fleksibël dhe jo në panele diskrete. Hulumtimet më të reja sugjerojnë se konvertuesit diellorë të ardhshëm mund të jenë edhe “të lyer”.
Nanoteknologjia përdoret tashmë për të zhvilluar shumë lloje të reja baterish që ngarkohen shpejt, kanë një densitet më të lartë të fuqisë, janë më efikase, më të lehta dhe mbajnë më gjatë ngarkesën elektrike. Synimi është të zvogëlohet numri i baterive që shkojnë në deponi dhe që mund të ndotin ujërat nëntokësore dhe tokën.
Sot punohet për prodhimin e nanotubave të karbonit që përmbajnë epoksi për të realizuar fletë më të gjata të mullinjve me erë, më të forta dhe me peshë më të lehtë se fletët e tjera për të rritur sasinë e energjisë elektrike, që mund të gjenerojnë mullinjtë e erës.
Nanoteknologjia po mundëson prodhimin e materialeve më të lehta dhe më të forta për shasitë e automjeteve për sektorin e transportit, veshje inteligjente për xhamat, që reagojnë ndaj dritës, sisteme elektronike dhe sisteme ndriçimi më efikase, që reduktojnë shumë konsumin e energjisë së automjeteve.
Në fushën e përmirësimit të mjedisit
Nanoteknologjia ndihmon në zbulimin dhe pastrimin e ndotësve mjedisorë:
Nanoteknologjia përdoret në plotësimin e nevojës për ujë të pijshëm dhe të pastër nëpërmjet zbulimit dhe trajtimit të shpejtë dhe me kosto të ulët të papastërtive në ujë.
Inxhinierët kanë zhvilluar një membranë filmi të hollë me nanopore për shkripëzimin me efikasitet të ujit. Një membrane e shkallës nano e disulfidit të molibdenit (MoS2) filtron dy deri në pesë herë më shumë ujë se filtrat konvencionalë aktualë.
Nanogrimcat mund të përdoren për të pastruar ndotësit industrialë të ujit në ujërat nëntokësore nëpërmjet reaksioneve kimike që i bëjnë ndotësit të padëmshëm. Ky proces do të kushtojë më pak se metodat që kërkojnë pompimin e ujit nga toka për trajtim.
Studiuesit kanë zhvilluar një “peshqir letre” nano-pëlhure të endur nga tela të imët të oksidit të manganit të kaliumit që mund të thithë 20 herë peshën e tij në vaj për aplikime pastrimi. Studiuesit kanë vendosur gjithashtu nanogrimca magnetike kundër ujit në derdhjet e naftës dhe kanë përdorur magnet për të hequr mekanikisht vajin nga uji.
Shumë kabina aeroplanësh dhe lloje të tjera filtrash ajri janë filtra të bazuar në nanoteknologji që lejojnë “filtrimin mekanik”, në të cilin materiali fibër krijon pore në shkallë nano që kapin grimca më të mëdha se madhësia e poreve. Filtrat gjithashtu mund të përmbajnë shtresa qymyr druri që heqin aromat.
Sensorët dhe zgjidhjet e aktivizuara nga nanoteknologjia tani janë në gjendje të zbulojnë dhe identifikojnë agjentët kimik ose biologjik në ajër dhe tokë me ndjeshmëri shumë më të lartë se kurrë më parë. Një sensor i prodhuar nga NASA, i cili inkorporohet në telefonat intelegjent, që përdorin zjarrfikësit, mund të përdorinet për të monitoruar cilësinë e ajrit rreth zjarreve.
Nanoteknologjia ofron premtimin e zhvillimit të materialeve shumëfunksionale që do të kontribuojnë në ndërtimin dhe mirëmbajtjen e automjeteve, avionëve, anijeve kozmike dhe anijeve më të lehta, më të sigurta, më të zgjuara dhe më efikase. Përveç kësaj, nanoteknologjia ofron mjete të ndryshme për të përmirësuar infrastrukturën e transportit:
Siç u diskutua më lart, materialet nano-inxhinierike në produktet e automobilave përfshijnë pjesë strukturore të nanokompoziteve polimer; sisteme baterish të ringarkueshme me fuqi të lartë; materiale termoelektrike për kontrollin e temperaturës; goma me rezistencë të ulët rrotullimi; sensorë dhe elektronikë me efikasitet të lartë dhe kosto të ulët; panele diellore inteligjente me shtresë të hollë; dhe aditivët e karburantit dhe konvertuesit katalitikë të përmirësuar për shkarkime më të pastra dhe diapazon të zgjeruar.
Nano-inxhinieria e aluminit, çelikut, asfaltit, betonit dhe materialeve të tjera të çimentos, dhe formave të tyre të ricikluara ofron premtime të mëdha për sa i përket përmirësimit të performancës, elasticitetit dhe jetëgjatësisë së komponentëve të autostradave dhe infrastrukturës së transportit duke ulur koston e ciklit të tyre të jetës. Sistemet e reja mund të përfshijnë aftësi novatore në materialet tradicionale të infrastrukturës, të tilla si struktura vetë-riparuese ose aftësia për të gjeneruar ose transmetuar energji.
Sensorët dhe pajisjet në shkallë nano mund të ofrojnë monitorim të vazhdueshëm me kosto efektive të integritetit strukturor dhe performancës së urave, tuneleve, shinave, strukturave të parkimit dhe trotuareve. Sensorët e shkallës nano, pajisjet e komunikimit dhe risitë e tjera të mundësuara nga nanoelektronika janë gjithashtu bazë e infrastrukturës te automjeteve të së ardhmes, të ashtuquajtura ‚pa shofer“që drejtohen nga kompjuteri.
Përfitimet që vijnë nga përdorimi i materialeve të lehta dhe me rezistencë të lartë të mundësuar nga nanoteknologjia vlejnë për pothuajse çdo mjet transporti. Për shembull, është vlerësuar se ulja e peshës së një avioni reaktiv komercial me 20 përqind mund të zvogëlojë konsumin e karburantit deri në 15 përqind. Një analizë paraprake e kryer nga NASA ka treguar se zhvillimi dhe përdorimi i nanomaterialeve të avancuara me dyfishin e forcës së përbërjeve konvencionale do të zvogëlonte peshën bruto të anijeve kozmike deri në 63 përqind. Kjo jo vetëm që kursen një sasi të konsiderueshme të energjisë së nevojshme për të nisur anijen kozmike në orbitë, por ndihmon edhe zhvillimin e mjeteve të lëshimit në orbitë me një faze të vetme, duke ulur më tej kostot e nisjes, besueshmërinë e misionit dhe duke hapur dyert për koncepte të mëtejshme alternative të shtytjes.
____________________________________
Në përfundim të këtij materiali e shoh të nevojëshme të vë gjithashtu në dukje, që përparimet e mëdha në fushën e inteligjencës artificiale dhe robotikës lidhen gjithashtu ngushtë me përparimet ne fushën e nanoteknologjisë. Pa mbështetjen e nanoteknologjsë, intelegjenca artificiale nuk do te kishte nivelin e sotëm të intelegjencës dhe as roboti, p.sh. roboti që studjon natyrën, nuk do të kishte përmasa të vogla, peshë të vogël, vetitë dhe lehtësinë e lëvizjes së insektit që imiton, si dhe intelegjencën e nevojëshme (artificiale).
Në kohën e sotme, përdorimet e nanoteknologjisë janë të shumta, por shumë e shumë të tjera janë akoma në fazë eksperimentale dhe do të gjejnë perdorim në një të ardhme të afërt.
E ardhmja e largët e teknologjisë nuk mund të imagjinohet as nga mëndjet më të ndritura të shkencës. Zgjidhjet e reja marrin jetë në kohën e duhur, sepse çdo arritje është baza apo themeli i arritjeve të reja.
[Materiali i këtij artikulli është nxjerrë nga interneti ]
Prof. Dr. Luan Karcanaj, Rektor i KPT
