Nanotecnologia innovativa con scienza aperta e intelligenza artificiale

La nanotecnologia è evidentemente una parola d'ordine molto popolare, che comprende diverse notevoli applicazioni in Scienza e Tecnologia. In questo nuovo articolo per Open Science e Artificial Intelligence, esploreremo come entrambi hanno un impatto sulla ricerca sulle nanotecnologie.

Curiosità: il termine "Open Source" è stato coniato dal futurista Christine Peterson, che è un nanotecnologo americano e anche il co-fondatore del Foresight Institute, che si occupa principalmente della ricerca sulle nanotecnologie.

Cos'è ancora la nanotecnologia?

Prima di capire cosa sia la nanotecnologia, esaminiamo prima il termine "nano" (questo potrebbe ricordare l'editor di testo che è uno dei preferiti di molti di noi Linuxers nella comunità FOSS!). In entrambi i casi, "nano" si riferisce semplicemente a una scala di misurazione. Ad esempio, se vogliamo misurare la distanza in nanometro (nm), un valore comparabile in metri sarebbe:

1 metro = 1000.000.000 di nanometri;

cioè, se prendi 1 miliardesimo di metro, quello che ottieni è 1 nm. Quindi, è una scala estremamente piccola di misurazione. Il video incluso in questa sezione ti porta in quella piccola scala e spiega la nanotecnologia in un modo molto semplice.

La nanotecnologia è l'implementazione di diverse tecniche che utilizzano Scienza, Ingegneria e Tecnologia per studiare i fenomeni su scala nanometrica. In generale, tali studi sono condotti nell'intervallo 1-100 nm.

Perché la nanotecnologia è così significativa?

La nanotecnologia ha un immenso significato a causa della sua ampia varietà di applicabilità in diversi campi come la biologia, la fisica, la chimica, le scienze dei materiali e molti altri.

Sarebbe molto più facile capire ulteriormente il suo significato se parliamo di alcune delle applicazioni degne di nota della nanotecnologia come segue:

1. Assistenza sanitaria

Come sappiamo già che la nanotecnologia funziona su scala nanometrica, significa che possiamo lavorare a livello molecolare e subatomico. La nanomedicina, ad esempio, ha creato una rivoluzione nel campo del rilascio di farmaci, poiché la nanotecnologia consente alla molecola terapeutica (contenuta nel medicinale) di connettersi alla proteina desiderata direttamente dopo il consumo. Questo viene effettuato con l'aiuto di Nanoparticelle.

È a causa delle nanotecnologie che la chemioterapia può ora concentrarsi solo sull'area colpita dalla malattia, garantendo che tutto il corpo non debba passare attraverso il processo di trattamento del cancro. In questo modo, il sistema immunitario viene salvato dalla distruzione perché la chemioterapia comporta l'uso di sostanze chimiche tossiche per eliminare le regioni cancerose.

2. Nanorobotics

Potresti aver già sentito parlare di Nanobot. Come abbiamo discusso poco prima del termine chiamato "Nano", i Nanobot sono macchine intelligenti costruite su scala Nano.

I nanobot sono estremamente utili in medicina e nell'industria. Possono essere preprogrammati per svolgere un compito specifico. Ad esempio, i nanobot possono essere utilizzati per contrastare l'inquinamento da idrocarburi in modo molto efficace, contribuendo così alla pulizia dell'ambiente.

AI (Artificial Intelligence) oggi potenzia notevolmente i nanorobotici. Ne parleremo brevemente in una sezione successiva in cui vedremo in che modo l'IA e la nanotecnologia convergono tra loro in modo così efficace.

3. Biomateriali

I biomateriali sono sostanze che vengono medicamente utilizzate per la terapia di una malattia o per la diagnosi di una malattia. Possono includere tessuto vivente o materiale creato artificialmente per l'uso in sistemi biologici per riparare, sostituire o stimolare una funzione biologica danneggiata. Nel titolo del video qui sopra, Biomimetic, come suggerisce la parola, implica l'imitazione del comportamento di qualsiasi specifico sistema biologico.

Poiché la nanotecnologia consente la precisione a livello di nanoscala, è un vantaggio per lo sviluppo di biomateriali. Ad esempio, nell'ingegneria del tessuto osseo, è possibile sviluppare ceramiche, polimeri, metalli e materiali compositi su scala nanometrica consentendo un'estrema accuratezza. Tali biomateriali nanofase sono di grande importanza negli impianti ortopedici.

Perché abbiamo bisogno della nanotecnologia open source?

Immagine di credito: AZoNano

Un articolo intitolato "Fai ricerca open source sulle nanotecnologie" sulla rivista Nature, incoraggia l'adozione di un approccio Open Source e spiega in modo molto semplice come l'innovazione nelle nanotecnologie possa essere notevolmente ostacolata dall'abuso dei brevetti.

L'eccessiva brevettabilità nelle nanotecnologie porta a:

  • aumento dei costi,
  • rallenta lo sviluppo tecnico e
  • rimuove le conoscenze fondamentali dal pubblico dominio

C'è anche una sezione separata nell'articolo intitolato "Alternative open source" che evidenzia chiaramente come un modello Open Source consentirebbe alle aziende di nanotecnologia di utilizzare liberamente i migliori strumenti, materiali e dispositivi disponibili per condurre ricerche e utilizzare la tecnologia senza preoccuparsi di IP monopoli.

Le tariffe di licenza verrebbero eliminate riducendo così i costi. Tali risparmi possono invece essere utilizzati per innovare, il che è molto necessario affinché un'azienda possa sopravvivere. Questa apertura crea anche spazio per piccole start-up per entrare nel mercato e innovare nella ricerca sulle nanotecnologie.

Il campo della nanotecnologia è una combinazione di informazioni (come formule chimiche), software (ad esempio strumenti di modellazione) e hardware (come i microscopi a forza atomica). Tutte e tre le aree possono adottare i principi dell'open-source e alcuni passi sono già stati presi in questa direzione.

Pearce, JM (2012). Fai ricerca sulle nanotecnologie open source. Natura, 491 (7425), 519-521. doi: 10.1038 / 491519a

Un approccio scientifico aperto verso la nanotecnologia

Ora che abbiamo visto come l'Open Source rivoluziona la ricerca sulle nanotecnologie, discutiamo dettagliatamente di tre importanti iniziative in materia di nanotecnologia open source. Se ricordiamo il nostro primo articolo di Science, Open Science implica Open Source, Open Access, Open Data e Open Standards.

1. nanoHUB: una massiccia iniziativa open source in nanotecnologia

Menzionato anche nell'articolo che abbiamo appena discusso, nanoHUB è un'iniziativa che è stata inizialmente avviata nel 2002 dalla US National Science Foundation, che ha creato una rete universitaria chiamata Network for Computational Nanotechnology (NCN), per sostenere l'iniziativa nazionale di nanotecnologia.

nanoHUB.org ha facilitato ricercatori, educatori e professionisti a collaborare e condividere risorse per risolvere i problemi delle nanotecnologie.

L'NCN ha tre nobili obiettivi:

  • portare strumenti computazionali online,
  • rendere gli strumenti facili da usare e
  • educare gli utenti sugli strumenti e sulle nanoscienze.

Leggi di più sul documento qui che è stato scritto con una prospettiva educativa. Puoi anche leggere un documento più recente qui che contiene alcuni riferimenti utili su nanoHUB.

2. caNanoLab: accelerare l'uso della nanotecnologia nella biomedicina

Un'altra iniziativa Open Source, caNanoLab consente la condivisione dei dati per rendere più conveniente l'uso della nanotecnologia applicata. Il portale consente la condivisione delle informazioni tra le comunità di ricerca per accelerare e convalidare l'uso della nanotecnologia nella biomedicina.

Proprio come la bioinformatica (come abbiamo discusso in un precedente articolo di Open Science), la nanoinformatica è emersa anche come campo di studio. Si occupa principalmente di tutti i dati relativi alle nanotecnologie. Dopo che questi dati sono stati raccolti e convalidati, vengono memorizzati e analizzati attraverso vari metodi per applicazioni utili. caNanoLab rende gli studi di nanoinformatica molto più semplici.

3. NBI: Nano-Biomaterials Interactions Knowledgebase

Il Knowledgebase dell'NBI è stato creato per essere utilizzato dall'industria, dal mondo accademico, dal pubblico in generale e dalle agenzie di regolamentazione come piattaforma per una comprensione imparziale di come i sistemi biologici sono interessati dall'esposizione ai nanomateriali.

Sul portale, troverai due sezioni:

Biblioteca del nanomateriale

Qui puoi cercare una libreria di nanomateriali con parametri importanti come tipo di materiale, nucleo, chimica di superficie, forma, carica, dimensioni e generazione di dendrimeri.

Analisi dei nanomateriali

Questa sezione ha tutti i parametri come nella libreria ma con due opzioni aggiuntive denominate Heatmap e Plot destinate alla visualizzazione analitica.

Ora che abbiamo parlato di tre Open Science Initiatives in Nanotechnology, concludiamo questa sezione lasciando questo link contenente alcune risorse esaurienti per la ricerca sulle nanotecnologie. La pagina è destinata al database eNanoMapper che contiene anche collegamenti ad altre iniziative.

Open Source NanoAI: Open Convergence of AI and Nanotechnology

È ovvio che in un modo o nell'altro, AI (Intelligenza Artificiale) e Nanotecnologia hanno dovuto fare una convergenza un giorno. Questo ha aperto una nuova era di incredibili possibilità.

L'intelligenza artificiale di oggi può ora risolvere molte delle sfide affrontate dai nanotecnologi. Alcuni dei modi sono elencati come sotto:

  • Interpretazione dei risultati ottenuti dagli esperimenti su nanoscala
  • Stima di più parametri in modo efficace
  • Caratterizzazione automatica di proprietà dei nanomateriali e risposte I / O complesse
  • Ottimizzazione del sistema
  • Progettazione di dati e algoritmi per nanocomputer

Maggiori informazioni sull'intelligenza artificiale e la nanotecnologia qui.

Se pensiamo a tutte le suddette applicazioni dell'IA nella nanotecnologia con una prospettiva open source, possiamo percepire chiaramente i benefici elevati. Le nanotecnologie possono collaborare in modo efficace condividendo informazioni aperte, codice sorgente e set di dati che possono accelerare in modo efficiente la ricerca sulle nanotecnologie con l'IA applicata.

Quindi, Open Source NanoAI facilita il lavoro con FOSS che coinvolge software che implementa sia l'Intelligenza Artificiale che la Nanotecnologia.

Sapevi che l'intelligenza artificiale potrebbe usare la nanotecnologia per creare organi umani per la sostituzione e la riparazione di quelli danneggiati, consentendo alle persone di vivere più a lungo? Inoltre, l'intelligenza artificiale può persino essere utilizzata per creare carne artificiale da cellule staminali nano!

Le cellule staminali, come possiamo vedere, possono essere utilizzate per scopi superiori. Con la nanotecnologia, le cellule staminali possono essere trasformate in cellule ossee a comando. Il processo può anche essere usato per trattare condizioni mortali come le malattie cardiache e il morbo di Parkinson.

L'intelligenza artificiale è una forza trainante in nanorobotica nell'applicazione di terapie che coinvolgono il sistema immunitario. I nanobot possono utilizzare l'apprendimento automatico non supervisionato per identificare le cellule umane danneggiate. Tutto questo è possibile perché i programmi di IA possono dire a Nanobot di distinguere tra cellule buone e cattive con l'aiuto di una vasta libreria inclusa nel sistema che consiste di tutte le conoscenze su Nanoinformatica e il nostro corpo umano.

Maggiori informazioni sull'applicazione dell'IA in nanorobotica qui.

Ricerca continua in nanotecnologia

Esaminiamo ora alcuni interessanti lavori di ricerca che sono stati fatti sul campo negli ultimi tempi. Ne abbiamo trovati molti e ne abbiamo scelti due:

1. Formulazione di nanoparticelle per promuovere l'immunità dei raccolti

Questo può essere applicato nei campi di riso per rendere le piante di riso immuni ai funghi, il che può rivelarsi una grande notizia per gli agricoltori e gli agricoltori.

doi: 10.1101 / 339283

2. Fornire la medicina attraverso nanocarriers attraverso il naso al cervello

La somministrazione nasale di nanomedicine modificate in superficie è stata proposta per il trattamento di diverse condizioni del sistema nervoso centrale, tra cui:

  • emicrania
  • Disordini del sonno
  • Infezione virale
  • Tumori al cervello
  • Sclerosi multipla
  • Schizofrenia
  • morbo di Parkinson
  • Il morbo di Alzheimer

  • Obesità

I benefici di questa ricerca sono che gli effetti collaterali come nei farmaci tradizionali non devono essere preoccupati poiché i nanotrasportatori possono bypassare completamente la barriera emato-encefalica attraverso il parto nasale.

doi: 10.3390 / pharmaceutics10010034

Sommario

Quindi, in questo articolo di Open Science and AI, abbiamo presentato come funziona la nanotecnologia e perché è un importante campo di studio. Abbiamo condiviso tre esempi, vale a dire, assistenza sanitaria, nanorobotica e biomateriali. Abbiamo quindi visto come la nanotecnologia open source sia una necessità maggiore per portare avanti compiti e ricerche allo stesso modo in modo più efficace.

Più avanti, abbiamo visto come un approccio scientifico aperto guida la nanotecnologia a un ritmo rapido. Abbiamo visto tre Open Science Initiatives, ovvero nanoHUB, caNanoLab e NBI.

Abbiamo anche sottolineato come l'IA e la nanotecnologia convergono per uno scopo comune e, infine, abbiamo notato alcuni lavori di ricerca in corso nel campo delle nanotecnologie.

Grazie per aver letto. Si prega di condividere qualsiasi feedback che si desidera condividere nella sezione commenti qui sotto. Il nostro prossimo articolo riguarderà la stampa 3d che includerà anche alcune discussioni su interessanti applicazioni su scala nanometrica.

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