10 nanomatériaux artificiels dotés de pouvoirs futuristes

Imaginez une invention. Vous avez peut-être imaginé n'importe quoi, d'un avion à un iPod, en passant par la roue. Vous n'avez probablement pas pensé à la prochaine frontière de l'innovation: la nanotechnologie. À mesure que les progrès scientifiques progressent, les scientifiques inventent de plus en plus au sein d’un domaine qui n’existait même pas avant 1975.

L'œil humain nu ne peut voir que des objets aussi petits que 0,1 millimètre de long. Cette liste couvre 10 inventions humaines sur une échelle 100 000 fois plus petite.

10 métaux liquides auto-alimentés

Un simple alliage de métal liquide formé à partir de gallium, d'iridium et d'étain peut être contrôlé électriquement pour former des formes complexes ou effectuer des tours dans une boîte de Pétri. Dire que c'est comme le robot méchant de Terminator 2 n'est pas hyperbolique. Jing Liu de l’Université Tsinghua, l’un des chercheurs du projet basé à Beijing en Chine, a déclaré: «La machine souple a l’air plutôt intelligente et peut se déformer elle-même en fonction de l’espace dans lequel elle se déplace, tout comme [ le] Terminator provient du film de science-fiction. ”Le métal est biomimétique, ce qui signifie qu'il imite les réactions biochimiques, bien qu'il ne soit pas biologique en soi.

Les courants électriques peuvent guider le matériau, mais celui-ci fonctionne par ses propres moyens, en partie sous l'effet d'un déséquilibre de charge qui crée un différentiel de pression entre l'avant et l'arrière de chaque goutte de l'alliage. Alors que ce processus est supposé être la clé pour convertir le pouvoir chimique en pouvoir mécanique, le matériau moléculaire ne sera pas en train de tourner au diable et de façon robotique. L'ensemble du processus ne peut se produire que dans une solution d'hydroxyde de sodium ou de saumure.

9 nanopatches

Les trypanophobes se réjouissent! Vos jours de peur des aiguilles pourraient être finis dans un proche avenir. Des chercheurs de l'Université de York travaillent sur un patch conçu pour administrer tous les médicaments dont vous avez besoin, sans aucune aiguille. Les patchs de taille normale, une fois fixés au bras, délivrent une dose ciblée de médicaments à la taille de nanoparticules, suffisamment petite pour glisser dans le follicule pileux. Les nanoparticules, chacune d'une longueur inférieure à 20 nanomètres, se lieront à des cellules nuisibles, les tueront, puis seront éliminées avec les cellules mortes par les processus naturels du corps.

La meilleure partie? Une fois mis au point, le nanopatch pourrait être utilisé pour traiter l’un des groupes de maladies les plus graves de la recherche médicale: le cancer. Contrairement à la chimiothérapie, les nanoparticules seront capables de tuer des cellules cancéreuses individuelles, laissant les cellules saines seules. Le projet, intitulé «NanJect», a été financé par le financement participatif en 2013 par Atif Syed et Zakareya Hussein, alors étudiants-chercheurs, et est toujours en cours de développement. Espérons que le nanopatch ne soit jamais associé à la technologie des robots en métal liquide.

8 revêtement de filtre à eau

Vous souvenez-vous de la marée noire de BP 2010? Vous ne vous souviendrez plus d’accidents similaires à l’avenir, si les chercheurs de l’État d’Ohio s’en sortent. Le revêtement qu'ils développent a une épaisseur de seulement quelques nanomètres, mais lorsqu'il est appliqué sur un filet en acier inoxydable à mailles fines, il élimine l'huile tout en laissant passer l'eau.

Le nanocoating a été inspiré par la nature. Les feuilles de lotus, également connues sous le nom de nénuphars, ont des propriétés opposées à celles consistant à nano-revêtement, repoussant l'eau mais pas l'huile. La feuille de lotus est depuis longtemps une source d’inspiration scientifique, ayant déjà conduit à la création de matériaux super-hydrophobes en 2003.

Pour le nano-revêtement, les scientifiques ont imité la surface bosselée d'une feuille de lotus, mais l'ont incorporée aux molécules d'un agent nettoyant. Le résultat repousse l'huile comme la feuille de lotus repousse l'eau. Le revêtement, invisible à l’œil humain, peut être reproduit à un coût avantageux, à savoir 1 dollar par pied carré.

7 assainisseur d'air sous-marin

Personne ne pense à l’odeur de l’air que les équipages de sous-marins doivent respirer, à l’exception des pauvres ventouses qui doivent le faire. Le dioxyde de carbone doit être éliminé en permanence, car le même air passe plus de 100 fois dans un nouvel ensemble de poumons du sous-marinier en un seul voyage. Un produit chimique appelé amine élimine le CO₂, mais cela ajoute une vilaine puanteur en même temps.

Entrez dans les monocouches auto-assemblées sur des supports mésoporeux, ou SAMMS, pour ceux qui aiment donner un nom plus humain à une combinaison de grains de sable et de nanoparticules. Le nouveau CO₂ méthode d'élimination utilise ce matériau poreux au lieu de l'amine malodorante.

Différents types de SAMMS se lient à différentes molécules, mais ils ont tous une immense capacité d'absorption de la cible. Une seule cuillère à thé contient suffisamment de pores pour lui donner presque la même superficie qu'un terrain de football. Comme le prouve l’incroyable application du matériau comme assainisseur d’air sous-marin, aucun problème n’est trop petit pour que la science trouve sa solution.

6 Nanoconducteur de direction électrique

Des chercheurs de la Northwestern University ont découvert comment créer un conducteur d'électricité à l'échelle nanotechnologique. C'est une nanoparticule solide qui peut être reconfigurée pour diriger les courants électriques dans différentes directions opposées. L’étude officielle cite des «redresseurs, commutateurs et diodes de courant» parmi les éléments électriques que chaque nanoparticule peut émuler. Chaque particule de 5 nanomètres est recouverte d'un produit chimique chargé positivement et entourée d'atomes négatifs. La charge électrique reconfigure ensuite les atomes négatifs autour des nanoparticules.

Le potentiel est incroyable. Les matériaux créés "peuvent se réorganiser pour répondre à différents besoins informatiques à différents moments", comme le précise le communiqué de presse de l'Université. En utilisant ce nanomatériau, l’électronique future peut être reprogrammée pour diriger les impulsions électriques différemment. Le matériel pourrait être mis à jour aussi facilement que le logiciel. Le concept de technologie «obsolète» deviendrait lui-même obsolète.

Le conducteur nanométrique a une autre application potentielle: servir de pont tridimensionnel entre différentes technologies.C'est l'adaptateur parfait, puisque sa compatibilité peut être programmée. Peut-être cela signifie-t-il que vous n'aurez pas besoin d'acheter ce nouveau cordon de charge de téléphone après tout.

5 chargeur de téléphone nano-éponge

Vous n'aurez certainement pas besoin d'un cordon téléphonique une fois que cette invention aura pris son envol. La nanotechnologie fonctionne comme une éponge pour absorber l'excès de puissance cinétique d'un environnement et le canaliser vers votre téléphone. Le matériau en question est piézoélectrique, un mot de fantaisie qui désigne un matériau qui génère de l'électricité lorsqu'il est soumis à des contraintes mécaniques. Le matériau est doté de pores de taille nanométrique, le transformant en une éponge flexible. Le mouvement ajouté permet au matériau de créer plus d'électricité, créant de la puissance pour un appareil simplement à partir de l'environnement.

Le terme officiel pour désigner celui-ci est un «nanogénérateur». (Oui, cela ressemble simplement à «nano» est placé devant tous les éléments de cette liste. Dans l’ensemble, les chercheurs en nanotechnologie adorent le faire.) En tout cas, le matériau pourrait éventuellement faire partie du boîtier intégré d'un téléphone cellulaire. La nanotechnologie peut se mettre en marche tout en restant sur le tableau de bord d'une voiture ou même dans la poche de quelqu'un. Le concept pourrait également être étendu aux environnements industriels plus vastes. C'est ce que souhaitent les chercheurs de l'Université du Wisconsin-Madison.

4 rétine artificielle

L'avenir de la vision artificielle est si prometteur qu'il vous faudra porter des lunettes de soleil… ou un nanofilm conçu pour imiter votre rétine. Nano Retina, une société basée en Israël, développe une interface qui se connecte directement aux neurones d'un œil pour transmettre la simulation neuronale au cerveau, en remplacement de la rétine et en aidant les gens à voir. Jusqu'à présent, une expérience sur un poussin a été couronnée de succès, l'activité neuronale prouvant que le nanofilm a permis au poussin de voir une lumière qu'il n'aurait pas autrement. Mais la future rétine a encore beaucoup de chemin à faire avant d'atteindre son objectif ultime d'améliorer la vue humaine.

Nano Retina n'est pas la seule vision artificielle du jeu, mais elle semble être la plus durable, la plus efficace et la plus flexible. Cette dernière est essentielle, étant donné que le produit final sera dans l'œil de quelqu'un. Des inventions similaires ont montré que cette partie était l’aspect le plus difficile de la technologie de l’œil artificiel. Du moins, étant donné qu’elle est développée à l’échelle nanométrique, cette technologie évite les problèmes épineux tels que le métal, les fils et une faible résolution.

3 vêtements lumineux

Des chercheurs de Shanghai développent actuellement des fibres électroluminescentes qui pourraient être incorporées dans des vêtements. Enfin, vous aurez quelque chose à porter lorsque vous souhaitez assortir le décor d’une boîte de nuit au néon des années 1980. Chaque fibre commence à partir d'une base en fil d'acier inoxydable, qui est ensuite recouverte d'une nanoparticule, d'une couche de polymère électroluminescent et d'un revêtement de sécurité en nanotubes transparents. Les fibres résultantes sont à la fois légères et flexibles et peuvent rayonner entièrement sous leur propre pouvoir électrochimique. Mieux encore, elles fonctionnent avec moins d’énergie que les lampes à LED classiques.

L'inconvénient est que la lumière des fibres ne dure que quelques heures. Cependant, les développeurs sont optimistes sur le fait que leur création de Frankenstein durera 1 000 fois plus longtemps, et rien en théorie ne les arrêtera. Même une fois prêts à partir, les vêtements contenant des nanoparticules pourraient ne pas être lavables. Les chercheurs espèrent également que les avantages biomédicaux pourront être explorés. Néanmoins, les articles qui sont rarement lavés, comme les gilets de sécurité ou les casquettes de baseball, sont toujours aussi impressionnants quand ils brillent tout seuls.

2 nanoneedles réparateurs d'orgue

Le timbre médicamenteux mentionné précédemment visait à remplacer les aiguilles, mais que se passerait-il si les aiguilles elles-mêmes étaient de taille nanométrique? Ensuite, ils pourraient apparemment remplacer la chirurgie, ou du moins la compléter. Des essais récents et réussis sur des souris de laboratoire ont réussi à injecter des acides nucléiques, ce qui peut inciter les cellules nerveuses et les organes nerveux à se régénérer, en retrouvant les capacités perdues. Une fois leur mission terminée, les aiguilles restent à l'intérieur du corps et se biodégradent en quelques jours. Aucun effet secondaire nocif n'a été noté lorsque les aiguilles ont été utilisées pour former des vaisseaux sanguins dans les muscles du dos des souris.

Si elles sont appliquées à l'homme, les nanoneedles qui libèrent les acides peuvent être injectées aux patients lors d'une greffe d'organe, ce qui permet de mieux préparer les tissus autour de l'organe pour la guérison et l'intégration du nouvel arrivant dans le corps. Une autre application intéressante pour les doses pourrait consister à "reprogrammer" les cellules d'une victime de brûlure pour qu'elles redeviennent fonctionnelles et en bonne santé, plutôt que cicatrisées.

1 imprimante chimique 3D

Cette dernière entrée n'est pas une simple particule; C'est une imprimante 3D capable de produire des milliers de modèles différents. Martin Burke, chimiste à l’Université de l’Illinois, est comme un produit chimique Willy Wonka. En utilisant une collection de molécules «constitutives», il peut créer un grand nombre de produits chimiques différents offrant un large éventail de «propriétés naturelles extraordinaires», telles que le ratanhine, que l'on ne trouve que dans une fleur rare au Pérou.

La portée de la synthèse est suffisamment vaste pour fournir les molécules nécessaires aux médicaments, aux LED et aux cellules solaires. Elle inclut certains produits chimiques qui auraient pu prendre jusqu'à des années à un chimiste qualifié pour les synthétiser. Le prototype actuel est limité, mais même maintenant, il est capable de développer de nouveaux médicaments. Burke espère créer éventuellement une version grand public. En espérant que l’avenir inclut une imprimante en tant que pharmacien à domicile.