В перспективе же, телепортация позволит подойти к созданию таких компьютеров, которые будут работать совсем без кабелей и проводов на внешнем уровне. То есть, все внешние устройства, подсоединяемые сейчас к системному блоку, не будут соединяться ворохом кабелей, свисающих порой, змеиными клубками со стола. Кроме того, откроются такие удивительные перспективы объединения всех компьютеров в глобальную сеть, что Internet покажется детской игрушкой, а качество связи будет на уровне скорости чтения и передачи данных с винчестера. Каждый компьютер может связаться с любым другим или со всеми одновременно в любой точке Земного шара. И для этого не нужны будут провайдеры и модемы или оптоволоконная сеть с сетевыми адаптерами. Достаточно будет просто включить и загрузить компьютер. Серверы, работающие на поддержку сайтов, станут не нужны. Каждый домашний компьютер может стать сервером, если он включен. Но и это еще не все. Любое внешнее устройство, типа принтера, например, может стать общим и любой желающий сможет распечатать нужный документ на нем, даже его не имея его под рукой и находясь в совершенно другом месте. Это полностью вытеснит дорогие и малофункциональные факсы.

В условиях сверхнизких температур ученым удалось "сцепить" две особые квантовые частицы - кубиты, которые взаимодействуя друг с другом, образуют единое целое. Кубиты обладают смешанным значением, т. е. одновременно могут быть равны "1" и "0". При "сцепке" двух и более кубитов можно, не изменяя их значений, сразу работать со всеми возможными комбинациями, многократно повышая скорость вычисления. Такое состояние квантовых частиц называется "запутанным", и японцам удалось впервые воплотить его в реальность. По словам ученых, если количество "запутанных" частиц увеличить до сотни, то число операций, которые будет возможно производить одновременно, достигнет астрономического числа - 10 в 30-й степени.

Сотрудники научно-исследовательского института Вайзманна (Weizmann Institute of Science) в Израиле создали компьютер, способный производить 330 триллионов вычислительных операций в секунду — более, чем в сто раз больше самых быстрых PC.

Ещё год назад эта же команда учёных выпустила молекулярную вычислительную машину, в которой, вместо кремниевых микрочипов используются ферменты и молекулы ДНК. Теперь же команда пошла ещё дальше: в представленном ими устройстве одна-единственная молекула ДНК играет роль средства ввода данных и одновременно — источника питания.

На прошлой неделе это устройство попало в Книгу рекордов Гиннесса как "самое микроскопическое биологическое вычислительное устройство".

Идея использовать ДНК для обработки и хранения информации впервые получила практическое воплощение в 1994 году: тогда калифорнийский учёный использовал ДНК в пробирке для решения простой математической проблемы.

После этого сразу несколько команд учёных предприняли попытки создать ДНК-компьютеры, но все они использовали молекулу ATP в качестве источника "питания" для этой "биомашины". Израильтяне — первые, кто использовал ДНК и в качестве источника питания, и в качестве "программного обеспечения".

Роль "железа" играют ферменты. Простые вычислительные операции являются побочным продуктом реакций ДНК и ферментов. Управление компьютером учёные осуществляют, контролируя состав молекул ДНК.

А снаружи это устройство выглядит всего лишь как капля прозрачной жидкости в пробирке.

4.7. Интегрированные микро (нано) электромеханические устройства и нанороботы.

Современный образ «большой» системы - это её целевая многофункциональность, наукоёмкость, гетерогенность привлекаемых средств и производств, способность к саморазвитию, модифицируемость, выживаемость в течение длительного срока (годы, десятки лет), перепрограммируемость, адаптивность к техническому и социальному прогрессу, делимость, способность к реконфигурации и живучесть в нештатных режимах и в условиях деградации подсистем. Микросистемная техника представлена в настоящее время интегрализуемыми устройствами микроэлектромеханики и ассимилируют технологические достижения микроэлектроники. Изделия микросистемной техники (микросистемы), применяются не только как компоненты электронной аппаратуры, но и как подсистемы (биочипы) для биологии. Микросистемы - это трансфер новейших (не только микроэлектронных) технологий, позволяющий производить огромное разнообразие видов и форм продукции, в том числе изделий «двойного» (т. е. народнохозяйственного и специального) применения. Несомненно, микросистемная техника, развиваемая в дальнейшем на основе наноиндустрии, приобретёт все перечисленные выше качества «большой» системы и позволит этой системе продуцировать изделия с уменьшенным количеством разнородных деталей и технологических операций.

Уменьшение числа деталей и технологических операций в микросистемной технике - это проекция основной тенденции микроэлектроники- интеграции компонентов в аппаратуре и «вертикальной» интеграции процессов её создания (с помощью развитых средств информатики).
Особенность микросистемной техники заключается в структурном и технологическом объединении электронной составляющей микросистемы с её микромеханическими, оптическими, акустическими и т. п. составляющими. Иными словами, микросистемы «интегрируют» гетерогенность, присущую любой «большой» системе. Поэтому микросистемная техника естественным образом примыкает к нанотехнике, как к перспективной технологической, структурной и научной основе.

Одним из примеров микроэлектромеханической системы является датчик активации воздушных подушек безопасности в автомобилях. Устройство, изображенное на рисунке, состоит из горизонтальной кремниевой балочки длиной несколько мкм, прикрепленной к двум вертикальным полым стойкам, имеющим гибкие стенки. Когда автомобиль резко замедляется из-за торможения, горизонтальная балочка сдвигается, что вызывает изменение зазора в конденсаторе. Вызванный изменением емкости электрический сигнал включает нагреватель в ампуле с азидом натрия и выделяющийся при этом азот надувает подушку безопасности. (Рис. ).

Основой многих датчиков являются кантилеверы – закрепленные на одном конце консольные балочки, способные изгибаться под действием различных внешних факторов – электрического, магнитного, теплового или иного воздействия. В частности, малая эффективная масса нанометровой балки делает ее резонансную частоту очень чувствительной к незначительным изменениям массы и таким образом можно регистрировать даже адсорбцию отдельных молекул, что стало основой создания ряда очень чувствительных датчиков.

Микроэлектромеханика базируется на перенесении технологических достижений микроэлектроники в сферу производства:

- сенсоров для получения данных из окружающей среды;

- компонентов, основанных на новых (например, акустоэлектронных и др.) принципах;

-преобразователей для воздействия на окружающую среду.

Темпы роста мировых продаж изделий микромеханики (так тоже можно именовать MEMS) ежегодно удваиваются, что ставит эту область деятельности в один ряд с так называемыми "критическими" технологиями, определяющими уровень развития экономики. Объём мировых продаж MEMS-изделий cоставляет уже 1/10 часть продаж изделий "традиционной" микроэлектроники.
Примеры микросистем в виде биочипов и интеллектуальных сенсоров можно существенно дополнить акустическими, оптическими, механическими и иными микросистемами, использующими арсенал нанотехники.

Пример реальной наномикросистемы ("суперУхо").

Интеграция на общей кремниевой подложке наносенсора, построенного с применением кремниевой электромеханики, электронного блока (пикоамперметра с порогами для опознавания туннельного тока и акустических перегрузок и цепи регулирования величины туннельного зазора) позволяет создать сверхбольшую наноинтегральную микросистему туннельного датчика, допускающую дальнейшую интеграцию (или совместимую) с портативными персональными компьютерами, работающими на платформе Windows. Отметим следующие возможные применения этого класса микросистем, вытекающие из их уникальной акустической чувствительности в широком диапазоне частот (от 0 Гц до 200 кГц):

- прогнозирование землетрясений, мониторинг чрезвычайных ситуаций, контроль экологических показателей среды, предупреждение акустической эмиссии в механических конструкциях, создание высокочувствительных микрофонов с целью спасения людей из-под завалов зданий, а также для разведовательных целей, гидроакустика, паспортизация прочностных характеристик реакторов, летательных аппаратов и строительных конструкций, создание сверхточных туннельных гравиметров с точностью 10-9g для прокладки маршрута крылатых ракет, создание устройств активного вибродемпфирования для стабилизация стрелкового оружия, размещаемого на возимых и летательных аппаратах и т. д.

- мониторинг конструкций (трубопроводов, оболочек реакторов, зданий), хранящихся боезарядов и геомагнитных явлений (землетрясений, извержений вулканов).

-комплексный индивидуальный медицинский контроль и локация внутренних органов человека.

5. Нанотехнологии (сверху-вниз, снизу-вверх)

5.1. Сканирующая туннельная и электронно-силовая микроскопия

Появление наноструктур потребовало новых методов и средств, позволяющих изучать их свойства. С момента изобретения Г. Биннингом и Г. Рорером первого варианта сканирующего туннельного зондового микроскопа в 1982 г. он превратился из остроумной игрушки в один из мощнейших инструментов нанотехнологии. Сейчас известны десятки различных вариантов зондовой сканирующей микроскопии. 

Как видно из названия, общее у этих методов - наличие зонда (чаще всего это хорошо заостренная игла с радиусом при вершине ~10 нм) и сканирующего механизма, способного перемещать его над поверхностью образца в трех измерениях. Грубое позиционирование осуществляют трехкоординатными моторизированными столами. Тонкое сканирование реализуют с помощью трехкоординатных пьезоактюаторов, позволяющих перемещать иглу или образец с точностью в доли ангстрема на десятки микрометров по х и y и на единицы микрометров - по z. Все известные в настоящее время методы SPM можно условно разбить на три основные группы: 

Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 3 4 5 6 7 8 9