Иновационна нанотехнология с отворена наука и изкуствен интелект

Нанотехнологията е очевидно много популярна дума, състояща се от няколко забележителни пригодности в науката и технологиите. В тази нова статия за „Отворена наука и изкуствен интелект“ ще разгледаме как двете влияят върху изследванията на нанотехнологиите.

Trivia: Терминът „отворен код“ е създаден от футуриста Кристин Питърсън, която е американска нанотехнолог, а също и съосновател на Foresight Institute, който се фокусира основно върху изследванията на нанотехнологиите.

Какво отново е нанотехнологията?

Преди да разберем какво е нанотехнологията, нека първо да разгледаме термина “нано” (това може да ви напомни за текстовия редактор, който е фаворит на много от нас Linuxers в общността на FOSS!). И в двата случая, “нано” просто се отнася до скала на измерване. Например, ако искаме да измерим разстояние в нанометър (nm), съпоставима стойност в метър ще бъде:

1 метър = 1000 000 000 нанометра;

това е, ако вземете 1 милиардна част от един метър, това, което получавате, е 1 nm. Така че, това е изключително малък мащаб на измерване. Видеото, включено в този раздел, ви отвежда към този малък мащаб и обяснява нанотехнологиите по много прост начин.

Нанотехнологията е прилагането на различни техники, използващи науката, инженерството и технологиите, за да се изследват явленията на наномащаба. Най-общо, такива изследвания се провеждат в обхвата 1-100 nm.

Защо нанотехнологията е толкова значима?

Нанотехнологията е от огромно значение поради голямото си разнообразие от приложимости в различни области като биология, физика, химия, материални науки и много други.

Би било много по-лесно да се разбере значението му, ако говорим за някои от забележителните приложения на нанотехнологията, както следва:

1. Здравеопазване

Тъй като вече знаем, че нанотехнологията работи на нано скала, това означава, че можем да работим на молекулярно и субатомно ниво. Например, наномедицината има създадена революция в областта на доставката на лекарства, тъй като нанотехнологията дава възможност на терапевтичната молекула (съдържаща се в лекарството) да се свърже с желания протеин в мишената след консумацията. Това се извършва с помощта на наночастици.

Благодарение на нанотехнологията химиотерапията вече може да се фокусира само върху засегнатата от болестта област, като се гарантира, че цялото тяло не трябва да преминава през процеса на лечение на рак. По този начин, имунната система се спасява от унищожаване, тъй като химиотерапията включва използването на токсични химикали, за да се отърве от раковите региони.

2. Наноробота

Може би вече сте чували за Nanobots. Както вече споменахме по-рано за термина, наречен “Нано”, Nanobots са интелигентни машини, които са изградени по нано мащаб.

Nanobots са изключително полезни в медицината и индустрията. Те могат да бъдат предварително програмирани за изпълнение на конкретна задача. Например, Nanobots могат да бъдат използвани за справяне с нефтеното замърсяване по много ефективен начин, като по този начин помагат за почистването на околната среда.

AI (Изкуствен интелект) днес силно овластява Nanorobotics. Ще говорим за това накратко в по-късен раздел, където ще видим как AI и нанотехнологиите се събират една с друга толкова ефективно.

3. Биоматериали

Биоматериалите са вещества, които се използват за лечение на заболяване или диагностициране. Те могат да включват жива тъкан или изкуствено създаден материал за използване в биологични системи за възстановяване, замяна или стимулиране на увредена биологична функция. В горното видео заглавие, Биомиметик, както думата намеква, предполага имитиране на поведението на всяка конкретна биологична система.

Тъй като нанотехнологията позволява прецизност на наномащабно ниво, тя е благодат за разработването на биоматериали. Например, в инженерството на костната тъкан, керамика, полимери, метали и композити могат да бъдат разработени в наномащаба, което позволява изключителна точност. Такива нанофазни биоматериали имат голямо значение в ортопедичните импланти.

Защо имаме нужда от нанотехнология с отворен код?

Кредит за изображението: AZoNano

Статия, озаглавена „Направете изследване на нанотехнологиите с отворен код“ в списанието Nature, насърчава приемането на подход с отворен код и обяснява по много прост начин как иновациите в нанотехнологиите могат да бъдат силно възпрепятствани от злоупотребата с патенти.

Прекомерното патентоване в нанотехнологията води до:

  • увеличаване на разходите,
  • забавя техническото развитие и
  • премахва фундаменталните знания от публичното пространство

Има и отделна секция в статията, озаглавена „Алтернативи с отворен код“, която ясно показва как моделът с отворен код ще позволи на нанотехнологичните компании свободно да използват най-добрите инструменти, материали и устройства, налични за извършване на изследвания и използване на технологията, без да се притеснявате за IP монополи.

Лицензионните такси ще бъдат премахнати, което ще намали разходите. Такива спестявания могат да се използват за иновации, което е много необходимо за оцеляването на една компания. Тази откритост създава възможност и за малките предприятия да навлязат на пазара и да внедрят нововъведения в изследванията на нанотехнологиите.

Областта на нанотехнологията е комбинация от информация (като химични формули), софтуер (например инструменти за моделиране) и хардуер (като микроскопи с атомна сила). И трите области могат да приемат принципи с отворен код и вече са предприети някои стъпки към това.

Pearce, JM (2012). Направете изследвания на нанотехнологиите с отворен код. Nature, 491 (7425), 519-521. Дой: 10.1038 / 491519a

Открит научен подход към нанотехнологиите

Сега, когато видяхме как Open Source революционизира изследванията на нанотехнологиите, нека обсъдим подробно за три важни инициативи в нанотехнологията с отворен код. Ако си спомним от първата си научна статия, Open Science предполага отворен код, отворен достъп, отворени данни и отворени стандарти.

1. nanoHUB: масивна инициатива за отворени източници в нанотехнологиите

Също така споменато в статията, която току-що обсъждахме, nanoHUB е инициатива, която първоначално е започнала през 2002 г. от Националната научна фондация на САЩ, която създаде университетска мрежа, наречена Мрежа за компютърна нанотехнология (NCN), за да подкрепи Националната инициатива за нанотехнологии.

nanoHUB.org улесни изследователите, преподавателите и професионалистите да си сътрудничат и да споделят ресурси, за да решат проблеми на нанотехнологиите.

NCN има три благородни цели:

  • въвеждане на изчислителни инструменти онлайн,
  • прави инструментите лесни за използване и
  • обучение на потребителите за инструментите и нанонауката.

Прочетете повече за него на хартията, написана с образователна перспектива. Можете също така да прочетете по-нова хартия тук, която съдържа някои полезни препратки към nanoHUB.

2. caNanoLab: Да ускори използването на нанотехнологиите в биомедицината

Друга инициатива с отворен код, caNanoLab дава възможност за споделяне на данни, за да направи използването на приложна нанотехнология по-удобно. Порталът позволява обмен на информация между изследователските общности, за да се ускори и потвърди използването на нанотехнологиите в биомедицината.

Подобно на биоинформатиката (както обсъдихме в предишна статия в Open Science), наноинформатиката също се очерта като област на изследване. Той се занимава предимно с всички данни, свързани с нанотехнологиите. След като тези данни бъдат събрани и валидирани, те се съхраняват и анализират чрез различни методи за полезни приложения. caNanoLab прави изучаването на наноинформатиката много по-лесно.

3. NBI: Нано-биоматериали взаимодействащи знания

Базата знания на NBI е създадена за използване от индустрията, академичните среди, широката общественост и регулаторните агенции като платформа за безпристрастно разбиране за това как биологичните системи са засегнати от експозицията на наноматериали.

На портала ще намерите две секции:

Библиотека за наноматериали

Тук можете да намерите библиотека от наноматериали със забележителни параметри като вид материал, ядро, повърхностна химия, форма, заряд, размер и поколение на дендримери.

Анализ на наноматериалите

Този раздел има всички параметри, както в библиотеката, но с две допълнителни опции, наречени Heatmap и Plot, предназначени за аналитичен дисплей.

Сега, когато говорихме за три отворени научни инициативи в нанотехнологията, нека приключим този раздел, като оставим тази връзка, съдържаща някои изчерпателни ресурси за изследвания на нанотехнологиите. Страницата е предназначена за базата данни eNanoMapper, която съдържа и връзки към други инициативи.

Отворен код NanoAI: Отворена конвергенция на ИИ и нанотехнологии

Нейната съвсем очевидна е, че по някакъв начин ИИ (изкуствен интелект) и нанотехнологията трябвало да направят сближаване един ден. Това отвори цяла нова ера на невероятни възможности.

Днешната AI вече може да реши много предизвикателства, пред които са изправени нанотехнолозите. Някои от начините са посочени в:

  • Интерпретиране на резултатите, получени от експериментите с Nanoscale
  • Ефективна оценка на множество параметри
  • Автоматично характеризиране на свойствата на наноматериалите и сложните I / O отговори
  • Оптимизация на системата
  • Проектиране на данни и алгоритми за нанокомпютри

Прочетете повече за изкуствения интелект и нанотехнологиите тук.

Ако мислим за всички гореспоменати приложения на ИИ в нанотехнологиите с перспектива с отворен код, можем ясно да видим повишените ползи. Нанотехнолозите могат да си сътрудничат ефективно, като споделят отворена информация, изходен код и масиви от данни, които могат ефективно да ускорят научните изследвания на нанотехнологиите с приложен ИИ.

Така, NanoAI с отворен код улеснява работата с FOSS, която включва софтуер, който прилага както изкуствен интелект, така и нанотехнология.

Знаете ли, че ИИ може да използва нанотехнологиите, за да създаде човешки органи за подмяна и ремонт на повредени, което ще позволи на хората да живеят по-дълго? Освен това, AI може дори да се използва за създаване на изкуствено месо от нано стволови клетки!

Както виждаме, стволовите клетки могат много да се използват за по-висока цел. С нанотехнологиите, стволовите клетки могат да се трансформират в костни клетки по команда. Процесът може да се използва и за лечение на смъртоносни състояния като болест на сърцето и болестта на Паркинсон.

AI е движеща сила в нанороботиката при прилагането на терапевтични средства, които включват имунната система. Наноботите могат да използват машинно обучение без надзор, за да идентифицират повредени човешки клетки. Всичко това е възможно, защото програмите за ИИ могат да кажат наноботите за разликата между добри и лоши клетки с помощта на огромна библиотека, включена в системата, състояща се от всички знания за наноинформатиката и човешкото тяло.

Прочетете повече за прилагането на AI в нанороботиката тук.

Текущи изследвания в областта на нанотехнологиите

Нека сега разгледаме някои интересни изследователски дейности, които се случват в тази област напоследък. Намерихме много и избрахме две:

1. Формулиране на наночастици за насърчаване на имунитета на културите

Това може да се приложи в полетата за оризови култури, за да се направи растенията от ориз, които са имунизирани срещу гъби, което може да се окаже добра новина за фермерите и земеделците.

doi: 10.1101 / 339283

2. Предоставяне на лекарства чрез нано носители през носа към мозъка

Предложено е назално доставяне на повърхностно модифицирани наномедицини за лечение на няколко състояния на централната нервна система, включително:

  • мигрена
  • Нарушения на съня
  • Вирусни инфекции
  • Мозъчни тумори
  • Множествена склероза
  • шизофрения
  • болестта на Паркинсон
  • Болест на Алцхаймер

  • прекалена пълнота

Предимствата на това изследване са, че страничните ефекти, както при традиционните лекарства, не трябва да се притесняват, тъй като нанокосите могат напълно да заобикалят кръвно-мозъчната бариера чрез назална доставка.

doi: 10.3390 / pharmacy10010034

резюме

Така в тази отворена наука и статия за ИИ ние въведохме как работи нанотехнологията и защо тя е важна област на изследване. Споделихме три примера, а именно „Здравеопазване, нанороботика и биоматериали“. След това видяхме как нанотехнологията с отворен код е по-голяма необходимост да се изпълняват задачи и изследвания по едни и същи по-ефективно.

По-нататък видяхме как един подход с отворена наука ускорява нанотехнологиите. Видяхме три отворени научни инициативи, а именно nanoHUB, caNanoLab и NBI.

Ние също така подчертахме как AI и нанотехнологиите се обединяват за обща цел и накрая отбелязахме някои текущи изследвания в областта на нанотехнологиите.

Благодаря ви за четенето. Моля, споделете всички отзиви, които искате да споделите в раздела за коментари по-долу. Следващата ни статия ще бъде за 3D печат, която също ще включва някои дискусии за интересни приложения на наномащаб.

Препоръчано

Пълно ръководство за трикратно зареждане на Windows, Kubuntu и Debian
2019
GNOME 3.26 Издаден! Проверете новите функции
2019
3D отпечатване с отворен код: проучване на научни и медицински решения
2019