Innovative Nanotechnologie mit Open Science und KI

Die Nanotechnologie ist offensichtlich ein sehr beliebtes Schlagwort, das mehrere bemerkenswerte Anwendungen in Wissenschaft und Technologie umfasst. In diesem neuen Artikel für Open Science und Künstliche Intelligenz werden wir untersuchen, wie sich beide auf die Nanotechnologie-Forschung auswirken.

Wissenswertes: Der Begriff „Open Source“ wurde von der Futuristin Christine Peterson geprägt, die eine amerikanische Nanotechnologin und Mitbegründerin des Foresight Institute ist, das sich hauptsächlich auf die Nanotechnologieforschung konzentriert.

Was ist wieder Nanotechnologie?

Bevor wir verstehen, was Nanotechnologie ist, wollen wir zunächst den Begriff „Nano“ untersuchen (dies könnte Sie an den Texteditor erinnern, der bei vielen Linuxern in der FOSS-Community beliebt ist!). In beiden Fällen bezieht sich „Nano“ einfach auf eine Messskala. Wenn wir beispielsweise die Entfernung in Nanometer (nm) messen möchten, wäre ein vergleichbarer Wert in Meter:

1 Meter = 1000.000.000 Nanometer;

Das heißt, wenn Sie 1 Milliardstel Meter nehmen, erhalten Sie 1 Seemeilen. Es handelt sich also um eine extrem kleine Messskala. Das in diesem Abschnitt enthaltene Video führt Sie zu diesem kleinen Maßstab und erklärt die Nanotechnologie auf sehr einfache Weise.

Nanotechnologie ist die Implementierung verschiedener Techniken in Wissenschaft, Technik und Technologie, um Phänomene auf der Nanoskala zu untersuchen. In der Regel werden solche Untersuchungen im Bereich von 1-100 nm durchgeführt.

Warum ist Nanotechnologie so wichtig?

Die Nanotechnologie ist aufgrund ihrer vielfältigen Anwendbarkeit in verschiedenen Bereichen wie Biologie, Physik, Chemie, Materialwissenschaften und vielen anderen von immenser Bedeutung.

Es wäre viel einfacher, seine Bedeutung besser zu verstehen, wenn wir einige der bemerkenswerten Anwendungen der Nanotechnologie wie folgt behandeln:

1. Gesundheitswesen

Da wir bereits wissen, dass Nanotechnologie auf der Nanoskala funktioniert, können wir auf molekularer und subatomarer Ebene arbeiten. Beispielsweise hat die Nanomedizin eine Revolution auf dem Gebiet der Arzneimittelabgabe hervorgebracht, da das therapeutische Molekül (in der Medizin enthalten) durch Nanotechnologie nach dem Verzehr direkt am Ziel das gewünschte Protein binden kann. Dies geschieht mit Hilfe von Nanopartikeln.

Es ist der Nanotechnologie zu verdanken, dass die Chemotherapie nur noch auf den von der Krankheit betroffenen Bereich konzentriert werden kann, sodass der gesamte Körper nicht den Prozess der Krebsbehandlung durchlaufen muss. So wird das Immunsystem davor bewahrt, zerstört zu werden, da bei der Chemotherapie giftige Chemikalien verwendet werden, um Krebsregionen loszuwerden.

2. Nanorobotik

Sie haben vielleicht schon von Nanobots gehört. Wie wir gerade zuvor über den Begriff „Nano“ gesprochen haben, sind Nanobots intelligente Maschinen, die auf der Nanoskala gebaut sind.

Nanobots sind in Medizin und Industrie äußerst hilfreich. Sie können vorprogrammiert werden, um eine bestimmte Aufgabe auszuführen. Mit Nanobots kann beispielsweise die Ölverschmutzung sehr effektiv bekämpft und so die Umwelt entlastet werden.

KI (Künstliche Intelligenz) befähigt heute die Nanorobotik in hohem Maße. Wir werden in einem späteren Abschnitt kurz darauf eingehen und sehen, wie KI und Nanotechnologie so effektiv miteinander konvergieren.

3. Biomaterialien

Biomaterialien sind Substanzen, die medizinisch zur Therapie oder Diagnose einer Krankheit eingesetzt werden. Sie können lebendes Gewebe oder künstlich hergestelltes Material zur Verwendung in biologischen Systemen umfassen, um eine beschädigte biologische Funktion zu reparieren, zu ersetzen oder zu stimulieren. Im obigen Videotitel impliziert Biomimetic, wie das Wort andeutet, die Nachahmung des Verhaltens eines bestimmten biologischen Systems.

Da die Nanotechnologie Präzision im Nanomaßstab ermöglicht, ist sie ein Segen für die Entwicklung von Biomaterialien. Beispielsweise können beim Bone Tissue Engineering Keramiken, Polymere, Metalle und Verbundwerkstoffe im Nanomaßstab entwickelt werden, was eine extreme Genauigkeit ermöglicht. Solche nanophasigen Biomaterialien sind bei orthopädischen Implantaten von großer Bedeutung.

Warum brauchen wir Open Source Nanotechnologie?

Bildnachweis: AZoNano

Ein Artikel im Nature Journal mit dem Titel „Make nanotechnology research open source“ befürwortet die Übernahme eines Open-Source-Ansatzes und erklärt auf sehr einfache Weise, wie Innovationen in der Nanotechnologie durch Patentmissbrauch erheblich behindert werden können.

Übermäßige Patentierung in der Nanotechnologie führt zu:

  • Kostensteigerungen,
  • verlangsamt die technische Entwicklung und
  • entfernt grundlegendes Wissen aus dem öffentlichen Bereich

Es gibt auch einen separaten Abschnitt im Artikel mit dem Titel „Open Source-Alternativen“, in dem deutlich hervorgehoben wird, wie ein Open Source-Modell es Nanotechnologie-Unternehmen ermöglichen würde, die besten verfügbaren Werkzeuge, Materialien und Geräte frei zu verwenden, um Forschung und Technologie durchzuführen, ohne sich um geistiges Eigentum zu kümmern Monopole.

Lizenzgebühren würden entfallen und somit die Kosten senken. Solche Einsparungen können stattdessen für Innovationen genutzt werden, was für ein Unternehmen überlebenswichtig ist. Diese Offenheit schafft auch Spielraum für kleine Startups, um in den Markt einzutreten und Innovationen in der Nanotechnologie-Forschung zu entwickeln.

Das Gebiet der Nanotechnologie besteht aus einer Kombination von Informationen (wie beispielsweise chemischen Formeln), Software (beispielsweise Modellierungswerkzeugen) und Hardware (wie beispielsweise Rasterkraftmikroskopen). Alle drei Bereiche können Open-Source-Prinzipien übernehmen, und dazu wurden bereits einige Schritte unternommen.

Pearce, JM (2012). Machen Sie Nanotechnologieforschung zu Open Source. Nature, 491 (7425), 519 & ndash; 521. doi: 10.1038 / 491519a

Ein offener wissenschaftlicher Ansatz zur Nanotechnologie

Nachdem wir gesehen haben, wie Open Source die Nanotechnologie-Forschung revolutioniert, wollen wir drei wichtige Initiativen in der Open Source-Nanotechnologie im Detail diskutieren. Wenn wir uns an unseren ersten Wissenschaftsartikel erinnern, impliziert Open Science Open Source, Open Access, Open Data und Open Standards.

1. nanoHUB: Eine massive Open Source-Initiative in der Nanotechnologie

NanoHUB ist eine Initiative, die ursprünglich im Jahr 2002 von der US National Science Foundation ins Leben gerufen wurde. Sie gründete ein Universitätsnetzwerk mit dem Namen Network for Computational Nanotechnology (NCN), um die National Nanotechnology Initiative zu unterstützen.

nanoHUB.org hat Forschern, Lehrern und Fachleuten die Zusammenarbeit und gemeinsame Nutzung von Ressourcen zur Lösung von Nanotechnologieproblemen ermöglicht.

NCN hat drei wichtige Ziele:

  • Computer-Tools online bringen,
  • Vereinfachung der Verwendung der Werkzeuge und
  • Aufklärung der Nutzer über Werkzeuge und Nanowissenschaften.

Lesen Sie mehr darüber auf dem Papier, das mit einer pädagogischen Perspektive geschrieben wurde. Sie können hier auch einen neueren Artikel lesen, der einige nützliche Referenzen zu nanoHUB enthält.

2. CaNanoLab: Beschleunigung des Einsatzes von Nanotechnologie in der Biomedizin

Eine weitere Open-Source-Initiative, caNanoLab, ermöglicht den Datenaustausch, um die Nutzung der angewandten Nanotechnologie komfortabler zu gestalten. Das Portal ermöglicht den Informationsaustausch zwischen Forschungsgemeinschaften, um den Einsatz von Nanotechnologie in der Biomedizin zu beschleunigen und zu validieren.

Genau wie die Bioinformatik (wie wir in einem früheren Open Science-Artikel besprochen haben), hat sich auch die Nanoinformatik zu einem Forschungsgebiet entwickelt. Sie befasst sich hauptsächlich mit Daten im Zusammenhang mit der Nanotechnologie. Nachdem diese Daten gesammelt und validiert wurden, werden sie gespeichert und mithilfe verschiedener Methoden für nützliche Anwendungen analysiert. caNanoLab erleichtert das Studium der Nanoinformatik erheblich.

3. NBI: Wissensdatenbank zu Nano-Biomaterialien-Wechselwirkungen

Die NBI Knowledgebase wurde für die Industrie, die Wissenschaft, die Öffentlichkeit und die Aufsichtsbehörden als Plattform für ein unvoreingenommenes Verständnis der Auswirkungen der Exposition gegenüber Nanomaterialien auf biologische Systeme erstellt.

Auf dem Portal finden Sie zwei Bereiche:

Nanomaterial-Bibliothek

Hier können Sie eine Bibliothek von Nanomaterialien mit wichtigen Parametern wie Materialtyp, Kern, Oberflächenchemie, Form, Ladung, Größe und Dendrimererzeugung nachschlagen.

Analyse von Nanomaterialien

Dieser Abschnitt enthält alle Parameter wie in der Bibliothek, jedoch zwei zusätzliche Optionen mit den Namen Heatmap und Plot, die für die analytische Anzeige vorgesehen sind.

Nachdem wir über drei Open Science-Initiativen in der Nanotechnologie gesprochen haben, wollen wir diesen Abschnitt abschließen, indem wir diesen Link verlassen, der einige erschöpfende Ressourcen für die Nanotechnologieforschung enthält. Die Seite ist für die eNanoMapper-Datenbank gedacht, die auch Links zu anderen Initiativen enthält.

Open Source NanoAI: Offene Konvergenz von KI und Nanotechnologie

Es liegt auf der Hand, dass KI (Künstliche Intelligenz) und Nanotechnologie eines Tages eine Konvergenz eingehen mussten. Dies hat eine völlig neue Ära erstaunlicher Möglichkeiten eröffnet.

Die heutige KI kann viele Herausforderungen lösen, denen sich Nanotechnologen gegenübersehen. Einige der Möglichkeiten sind wie folgt aufgeführt:

  • Interpretation der Ergebnisse von Experimenten im Nanobereich
  • Schätzung mehrerer Parameter effektiv
  • Automatische Charakterisierung von Nanomaterial-Eigenschaften und komplexen I / O-Reaktionen
  • Systemoptimierung
  • Daten- und Algorithmusdesign für Nanocomputer

Lesen Sie hier mehr über Künstliche Intelligenz und Nanotechnologie.

Wenn wir an alle oben genannten Anwendungen von KI in der Nanotechnologie mit einer Open-Source-Perspektive denken, können wir den erhöhten Nutzen klar erkennen. Nanotechnologen können effektiv zusammenarbeiten, indem sie offene Informationen, Quellcode und Datensätze gemeinsam nutzen, um die Nanotechnologieforschung mit angewandter KI effizient zu beschleunigen.

Open Source NanoAI erleichtert also die Arbeit mit FOSS, das Software umfasst, die sowohl künstliche Intelligenz als auch Nanotechnologie implementiert.

Wussten Sie, dass KI mithilfe der Nanotechnologie menschliche Organe für den Ersatz und die Reparatur von beschädigten Organen herstellen kann, sodass die Menschen länger leben können? Es gibt noch mehr: Mit AI kann sogar künstliches Fleisch aus Nano-Stammzellen hergestellt werden!

Stammzellen können, wie wir sehen, sehr viel für einen höheren Zweck verwendet werden. Mit der Nanotechnologie können Stammzellen auf Befehl in Knochenzellen umgewandelt werden. Das Verfahren kann auch zur Behandlung tödlicher Erkrankungen wie Herzerkrankungen und Parkinson eingesetzt werden.

KI ist eine treibende Kraft in der Nanorobotik bei der Anwendung von Therapeutika, an denen das Immunsystem beteiligt ist. Nanobots können unbeaufsichtigtes maschinelles Lernen nutzen, um beschädigte menschliche Zellen zu identifizieren. All dies ist möglich, weil KI-Programme Nanobots mithilfe einer umfangreichen Bibliothek, die das gesamte Wissen über Nanoinformatik und unseren menschlichen Körper umfasst, über die Unterscheidung zwischen guten und schlechten Zellen informieren können.

Lesen Sie hier mehr über die Anwendung von AI in der Nanorobotik.

Laufende Forschung in der Nanotechnologie

Schauen wir uns nun einige interessante Forschungsarbeiten an, die in letzter Zeit auf diesem Gebiet stattgefunden haben. Wir haben viele gefunden und zwei ausgewählt:

1. Formulierung von Nanopartikeln zur Förderung der Immunität von Nutzpflanzen

Dies kann in Reisfeldern angewendet werden, um Reispflanzen immun gegen Pilze zu machen, was sich als großartige Neuigkeit für Landwirte und Landwirte erweisen kann.

doi: 10.1101 / 339283

2. Abgabe von Medikamenten über Nanoträger via Nase-zu-Gehirn

Die nasale Verabreichung von oberflächenmodifizierten Nanomedizin wurde für die Behandlung mehrerer Erkrankungen des Zentralnervensystems vorgeschlagen, darunter:

  • Migräne
  • Schlafstörungen
  • Virusinfektionen
  • Hirntumoren
  • Multiple Sklerose
  • Schizophrenie
  • Parkinson-Krankheit
  • Alzheimer-Erkrankung

  • Fettleibigkeit

Vorteile dieser Forschung sind, dass die Nebenwirkungen wie bei herkömmlichen Medikamenten nicht zu befürchten sind, da Nanoträger die Blut-Hirn-Schranke durch nasale Zufuhr vollständig umgehen können.

doi: 10.3390 / pharmaceutics10010034

Zusammenfassung

In diesem Artikel zu Open Science und KI haben wir Ihnen vorgestellt, wie Nanotechnologie funktioniert und warum sie ein wichtiges Forschungsgebiet ist. Wir haben drei Beispiele genannt: Gesundheitswesen, Nanorobotik und Biomaterialien. Wir haben dann gesehen, wie Open Source-Nanotechnologie eine größere Notwendigkeit darstellt, Aufgaben und Forschungsergebnisse effektiver auszuführen.

Des Weiteren haben wir gesehen, wie ein Open Science-Ansatz die Nanotechnologie in rasantem Tempo vorantreibt. Wir haben drei Open Science-Initiativen gesehen, nämlich nanoHUB, caNanoLab und NBI.

Wir haben auch hervorgehoben, wie KI und Nanotechnologie zu einem gemeinsamen Zweck zusammenwachsen, und schließlich haben wir einige laufende Forschungsarbeiten auf dem Gebiet der Nanotechnologie zur Kenntnis genommen.

Danke fürs Lesen. Bitte teilen Sie alle Rückmeldungen, die Sie in den Kommentaren unten teilen möchten. Unser nächster Artikel befasst sich mit dem 3D-Druck, der auch einige Diskussionen über interessante Anwendungen im Nanobereich beinhalten wird.

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