Школьная научно-практическая конференция
Работа по предмету
«Информатика»
на тему:
«НАНОТЕХНОЛОГИИ И
МОЛЕКУЛЯРНЫЕ КОМПЬЮТЕРЫ»
Автор работы:
ученик 9 «В» класса
МБОУ «Гимназии №1»
Поздняков Вадим
Руководитель:
Цель работы: Изучение понятия нанотехнологии и переспективы их развития в компьютерном мире.
Задачи:
1. Исследовать истоки и перспективы развития нанотехнологии в компьютерном мире.
2. Привить интерес к современным развивающим технологиям через понимание их значимости для общества.
3.Провести исследование «Что я знаю про нанотехнологии» среди учащихся 10 классов.
4. Подготовить презентацию с демонстрацией и с обоснованием.
Введение
В современном информационном обществе нанотехнологии становятся актуальными. Нанотехноло́гия — междисциплинарная область фундаментальной и прикладной науки и техники, имеющая дело с совокупностью теоретического обоснования, практических методов исследования, анализа и синтеза, а также методов производства и применения продуктов с заданной атомной структурой путём контролируемого манипулирования отдельными атомами и молекулами. Нанотехнология, нанонаука, это наука и технология коллоидных систем, это коллоидная химия, коллоидная физика, молекулярная биология, вся микроэлектроника, принципиальное отличие коллоидных систем, к которым относятся: облака, кровь человека, молекулы ДНК и белков, транзисторы, из которых собираются микропроцессоры. Поведение таких систем сильно отличается от поведения истинных растворов и расплавов и от объектов макромира благодаря высокоразвитой поверхности, как правило, такие эффекты начинают играть значительную роль когда размер частиц лежит в диапазоне 1-100 нанометров, отсюда пришло замещение слова коллоидная физика, химия, биология на нанонауку и нанотехнологии, подразумевая размер объектов, о которых идет речь.
Нанотехнологии
Вначале XX века появились первые ламповые ЭВМ. Они занимали огромные площади, потребляли огромное количество электроэнергии и были очень сложны в обслуживании. В 1947 г. был изобретён первый транзистор и затем, началось их массовое производство. После замены электронных радиоламп на транзисторы, ЭВМ стали потреблять значительно меньше электроэнергии, но они по-прежнему занимали большое пространство. И у инженеров возник вопрос: «Как в минимум места вместить максимум компонентов?». Так зародились первые интегральные микросхемы (ИМС). ИМС состояла из множества транзисторов, расположенных на одном кристалле. Кристалл устанавливался в корпус и припаивался тоненькими проводниками к металлическим дорожкам, которые вели к выводам ИМС.
1 апреля 1972 года корпорация Intel выпустила знаменитый микропроцессор «Intel 8008» для продвинутых калькуляторов, терминалов ввода-вывода и автоматов бутылочного разлива.
8 июня 1978 года Intel выпустила микропроцессор «Intel 8086», на базе которого было собрано множество персональных компьютеров. Микропроцессоры совершенствовались как внутренней логической схемой, так и «железной начинкой». Стоит отметить, что сегодня в ЛЮБЫХ электронных устройствах, таких как, мобильный телефон, телевизор, игровой автомат и даже в простейшем брелоке, который светится разными цветами или поёт, есть микропроцессор или микроконтроллер.
Что такое «нано»?
1 нанометр (нм) - это одна миллиардная доля метра, или одна миллионная доля миллиметра.
К примеру: на одной кремниевой пластине расположены 310 кристаллов современных процессоров, площадь каждого около 1,5см2
— 1 кристалл – 1 процессор
— 1 процессор – около 100 миллионов транзисторов
— итого на этой пластине, общей площадью 465см2 уместился 31 миллиард транзисторов.
Нанотехнологии - это не только полупроводниковая индустрия. В настоящий момент ведутся разработки сверхлёгкого и при этом сверхпрочного материала. Например, американские ученые разработали одежду, позволяющую вырабатывать электрический ток.
Из чего же состоит протон?
Учёные долго спорят по этому поводу, и даже построили большой адронный коллайдер (ускоритель заряженных частиц на встречных пучках, предназначенный для разгона протонов и тяжёлых ионов (ионов свинца) и изучения продуктов их соударений. Коллайдер построен в научно-исследовательском центре Европейского совета ядерных исследований (фр. Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire, сокр. CERN – европейская организация по ядерным технологиям. Находится во Франции, Жэнева), на границе Швейцарии и Франции, недалеко от Женевы. БАК является самой крупной экспериментальной установкой в мире. Руководитель проекта — Лин Эванс. В строительстве и исследованиях участвовали и участвуют болееучёных и инженеров из более чем 100 стран). Именно, он способен «увидеть» наночастицы при столкновении 2-х простейших частиц. Нанотехнологии – это технологии, механизмы которые очень мелки, и невооруженным глазом их не увидеть. Без нанотехнологий дальнейшее развитие науки невозможно.
Молекулярный компьютер (нанокомпьютер)- это вычислительное устройство размером несколько нанометров.
Достижения современных информационных технологий и очевидная неизбежность появления в ближайшем будущем принципиально новых разработок порой тесно переплетаются со вчерашней фантастикой.
Представьте себе транзистор, состоящий всего из одной молекулы. Если из миллиарда таких транзисторов построить процессор - он будет не больше песчинки. При этом его производительность возрастет в сотни или даже тысячи раз по сравнению с современными компьютерами.
Молекулярные процессоры" можно будет встраивать в любые, даже самые крошечные устройства, внедрять их в волокна ткани, превращая одежду в надеваемый компьютер. "Молекулярные блоки памяти" обеспечат плотность хранения данных, немыслимую для полупроводниковых микросхем.
Основные компоненты молекулярного компьютера должны быть теми же, что и у обычного компьютера: система ввода информации, вычислительный блок (процессор), система хранения информации (память) и, наконец, система вывода информации. Ну и, конечно, провода и блок питания.
Молекулярные технологии сулят появление микромашин, способных перемещаться и прилагать усилие. Причем для создания таких устройств можно применять даже традиционные технологии травления. Когда-нибудь эти микромашины будут самостоятельно заниматься сборкой компонентов молекулярного или атомного размера.
Самая главная проблема - это осущесвление сборки чипа. Дело в том, что создать отдельный элемент можно и сейчас (что и делают).Вот получают множество таких элементов, расположенных статистически и не связанных в единую цепь.
Сегодня в мире существует уже более десятка научно-технологических центров, занимающихся разработкой устройств молекулярной электроники. Ежегодно конференции собирают сотни специалистов в этой области.
Благодаря высокой чувствительности молекулярных электронных устройств к свету их можно использовать для создания эффективных преобразователей солнечной энергии, моделирования процесса фотосинтеза, разработки нового класса приемников изображения, принцип действия которых будет напоминать работу человеческого глаза.
Японские ученые изобрели материал с использованием нанотехнологий, который может отправить в прошлое форматы DVD и Blu-ray. На диск, сделанный из наноматериала, можно будет записать объемом до нескольких терабайт.
В июле 2007 года в России была учреждена государственная корпорация «Российская корпорация нанотехнологий»-российская государственная корпорация, созданная для развития нанотехнологий.
Нанотехнологии занимают особое место среди современных направлений человеческих деятельности. Через несколько десятков лет нанотехнологии изменят мир до неузнаваемости: привычные компьютеры заменят молекулярные компьютеры, появятся более совершенные роботы. Нанотехнологии-это будущее человечества. В скором будущем, когда нанотехнологии займут свое место во всех отраслях общества, то, конечно же, это коснется и школы. В последнее время в СМИ рассказывают и показывают о том, что в некоторых школах вместо так привычных нам учебников и тетрадей ученики носят планшетники-разновидность мобильных устройств, которые представляют собой сенсорный дисплей, смонтированный в общем корпусе с компьютерной начинкой. Это облегчает работу учителей (проверяет работы компьютер-учитель только за процессом), ну и, конечно же, самих учеников. А представьте себе что будет, если на смену планшетникам придут молекулярные компьютеры. Помогать в обучении будут роботы, построенные на основе нанотехнологий. Как мы знаем, самая главная проблема при создании роботов-это отсутствие у роботов «здравого смысла». Так как, по прогнозам ученых, объемы будущих компьютеров будут во много раз больше, то создание совершенного робота будет вполне возможным. Вместо школьных досок будут сверхлегкие сенсорные доски. Информация на них будет передаваться с компьютера учителя. Ученики будут ходить без портфелей, так как вес всех школьных принадлежностей не будет превышать и 100 грамм. Многие подумают, что детям нельзя будет доверять такие устройства-они могут их сломать. На самом же деле эти предметы обладают высокой прочностью. Уже сейчас ученые создают небольшие пластинки из соединенных между собой нанотрубок. Нанотрубки при малых размерах обладают огромным запасом прочности и упругости. Кроме этого, нанотрубки способны выдерживать действия высоких и низких температур, сырость и влажность. А пластинки из них прочнее стали и пластмасс, при этом они прозрачные и гибкие.
Новейшие технологии облегчат учебу будущего поколения учеников:не нужно будет тратить время на поиски нужной книги в библиотеке или не нужно будет носить тяжелый портфель в школу. При этом качество знаний увеличится, так как детям учится станет намного интереснее, пропадет проблема нехватки учебников в школе-вся школьная программа за 11 классов будет умещаться в небольшом устройстве, размером с ладонь.
С каждым годом ученые продвигаются к этому все ближе и ближе. Возможно, кто-то из нас займется в будущем нанотехнологиями, произведет научную революцию и изменит нашу обычную жизнь.
Практическая часть.
В январе, учащимся 10 класса был предложен опрос (20 вопросов,10 класс изучают тему нанотехнологии по предмету Технология) с целью узнать что они знают про изобретения в области нанотехнологий.
Также, я создал данный опрос в программе Excel, чтобы каждый учащийся смог попробовать ответить и узнать что-то нового для себя в данной работе.
Опрос: «Что я знаю о нанотехнологии?»
1. Что означает слово «нано»? - одну девятую часть - одну сотую часть - одну миллиардную часть | 6. Какими инструментами пользуются нанотехнологи? - оптическим микроскопом - зондовым микроскопом - пилой и топором |
2. Наночастицы имеют размер: - от одного до ста нанометров - от одного до двух нанометров - от одного до миллиарда нанометров 3. Медицинские нанороботы будут: - разбирать больной орган человека на отдельные клетки, удалять больные клетки, а потом собирать орган - лечить больные клетки человека, двигаясь по его кровеносным сосудам - заменят людей-врачей и будут вести прием в поликлинике 4. Наночастицы какого металла эффективно борются с бактериями и вирусами? - железа - серебра - алюминия 5. Что скрывается под словом «нанобиореактор»: - растение - дельфин - бактерия или вирус | 7. Наношприц сделан на основе: - нанотрубки - фуллерена - молекулы искусственного белка 8. Как называется устройство для сборки наномеханизмов? - дизассемблер - ассемблер - икосаэдр 9. Какие ученые занимаются изучением и созданием наноматериалов? - философы и филологи - социологи и экономисты - физики, химики, биологи и специалисты по компьютерным наукам 11. Как называется металл, который сам себя защищает от высокой температуры? - потеющий металл - мерзнущий металл - защищенный металл |
10. Из одной единственной нанотрубки можно сделать: - телевизор - радио - телефон | |
12. Микросхемы создают, формируя рельеф: - на золотой пластине - на кремниевой пластине - на деревянной пластине | 13. Сколько молекул пахучего вещества должен обнаруживать электронный нос? - сто - десять - одну |
14. Сколько наноавтомобилей помещается на стоянке площадью в один квадратный миллиметр? - пять - тысяча - десять миллиардов | 15. Электронный нос — это: - сложное громоздкое устройство - чип с наносенсорами площадью около двух квадратных миллиметров |
16. Сенсоры: - реагируют на изменения окружающей среды, имитируя органы чувств человека и животных - изменяют окружающую среду - предотвращают изменения окружающей среды 18. Умная одежда в будущем: - будет думать за человека - будет следить за самочувствием человека - будет писать стихи | 17. Электронный язык: - определяет сладкий вкус - определяет кислый вкус - определяет сочетания сладкого, кислого, горького и соленого, как язык человека 19.С помощью нанобиотехнологии можно создавать лекарства: - специально для каждого человека, учитывая особенности его организма - одно лекарство от всех болезней для всех людей - в эпоху нанотехнологии лекарства людям будут не нужны |
20. Умная пыль: - следит за изменениями среды вокруг себя и сообщает об этом человеку - загрязняет окружающую среду, собираясь в самом чистом месте - очищает окружающую среду, собирая обычную пыль | |
Ответы на вопросы:
1. «Нано» означает одну миллиардную часть
2. Наночастицы имеют размер от одного до ста нанометров
3. Медицинские нанороботы будут лечить больные клетки человека, двигаясь по его кровеносным сосудам
4. С бактериями и вирусами эффективно борются наночастицы серебра
5. Под словом нанобиореактор скрывается бактерия или вирус
6. Нанотехнологи пользуются зондовым микроскопом
7. Наношприц сделан на основе нанотрубки
8. Устройство для сборки наномеханизмов называется ассемблер
9. Изучением и созданием наноматериалов занимаются физики, химики, биологи и специалисты по компьютерным наукам
10. Из одной единственной нанотрубки можно сделать радио
11. Металл, защищающий себя от высокой температуры, называется потеющим металлом
12. Микросхемы создают, формируя рельеф на кремниевой пластине
13. Электронный нос должен обнаруживать всего одну молекулу пахучего вещества
14. На стоянке площадью в один квадратный миллиметр помещается десять миллиардов наноавтомобилей
15. Электронный нос - это чип с наносенсорами площадью около двух квадратных миллиметров
16. Сенсоры реагируют на изменения окружающей среды, имитируя органы чувств человека и животных
17. Электронный язык определяет сочетания сладкого, кислого, горького и соленого как язык человека
18. Умная одежда в будущем будет следить за самочувствием человека
19. С помощью нанобиотехнологии можно создавать лекарства специально для каждого человека, учитывая особенности его организма
20. Умная пыль следит за изменениями среды вокруг себя и сообщает об этом человеку
В результате выше сказанного, была составлена диаграмма. По которой можно сделать вывод, что не смотря на то, что нанотехнология наука молодая, учащиеся уже не плохо владеют информацией об этой науке и интересуются её открытиями.
Диаграмма №1.
Диаграмма №2.
Заключение
Наука и техника не стоит на месте, одна из основных задач перед учёными разработать искусственный интеллект, который будет помогать человечеству в повседневной жизни, для этого нужно быстродействующие вычислительные машины.
По мере развития нанотехнологии, а именно уменьшению её компонентов, вычислительные машины становятся совершеннее, и как следствие этому - совершенный искусственный интеллект становится к нам ближе.
