Innoverende nanotechnologie met open wetenschap en AI

Nanotechnologie is duidelijk een erg populair modewoord, dat bestaat uit verschillende opmerkelijke toepasbaarheden in Wetenschap en Technologie. In dit nieuwe artikel voor Open Science en Artificial Intelligence zullen we onderzoeken hoe beide van invloed zijn op het onderzoek naar nanotechnologie.

Trivia: De term "Open Source" werd bedacht door futurist Christine Peterson, een Amerikaanse nanotechnoloog en tevens de mede-oprichter van het Foresight Institute, dat zich voornamelijk richt op onderzoek op het gebied van nanotechnologie.

Wat is nanotechnologie, nogmaals?

Voordat we begrijpen wat nanotechnologie is, kunnen we eerst kijken naar de term 'nano' (dit kan u doen denken aan de teksteditor die favoriet is bij veel van onze Linuxers in de FOSS-community!). In beide gevallen verwijst "nano" eenvoudigweg naar een meetschaal. Als we bijvoorbeeld de afstand in nanometer (nm) willen meten, zou een vergelijkbare waarde in meter zijn:

1 meter = 1000.000.000 nanometer;

dat wil zeggen, als je 1 miljardste van een meter neemt, is wat je krijgt 1 nm. Het is dus een extreem kleine meetschaal. De video in deze sectie neemt u mee naar die kleine schaal en legt Nanotechnologie op een zeer eenvoudige manier uit.

Nanotechnologie is de implementatie van verschillende technieken met behulp van Science, Engineering en Technology om fenomenen op nanoschaal te bestuderen. In het algemeen worden dergelijke onderzoeken uitgevoerd in het bereik van 1-100 nm.

Waarom is nanotechnologie zo belangrijk?

Nanotechnologie is van enorm belang vanwege de grote verscheidenheid aan toepasbaarheden op diverse gebieden, zoals biologie, natuurkunde, scheikunde, materiaalwetenschappen en vele andere.

Het zou veel gemakkelijker zijn om de betekenis ervan te begrijpen als we het hebben over enkele van de opmerkelijke toepassingen van nanotechnologie als volgt:

1. Gezondheidszorg

Zoals we al weten dat nanotechnologie op nanoschaal werkt, betekent dit dat we op moleculair en subatomair niveau kunnen werken. Nanogeneeskunde heeft bijvoorbeeld een revolutie op het gebied van medicijnafgifte gecreëerd omdat nanotechnologie het mogelijk maakt dat het therapeutische molecuul (dat zich in het medicijn bevindt) zich na consumptie op het gewenste eiwit vastzet. Dit gebeurt met behulp van nanodeeltjes.

Het is vanwege nanotechnologie dat chemotherapie nu alleen kan worden gericht op het door ziekte aangetaste gebied, zodat het hele lichaam niet door het proces van kankerbehandeling hoeft te gaan. Zo wordt het immuunsysteem gered van vernietiging omdat chemotherapie het gebruik van giftige chemicaliën met zich meebrengt om van kwaadaardige regio's af te komen.

2. Nanobiotica

Je hebt misschien al gehoord van Nanobots. Zoals we eerder al hebben besproken over de term "Nano", zijn Nanobots intelligente machines die op de Nano-schaal zijn gebouwd.

Nanobots zijn zeer nuttig in de geneeskunde en de industrie. Ze kunnen worden voorgeprogrammeerd om een ​​specifieke taak uit te voeren. Nanobots kunnen bijvoorbeeld worden gebruikt om olieverontreiniging op een zeer effectieve manier aan te pakken, en aldus helpen bij het opruimen van het milieu.

AI (Artificial Intelligence) ondersteunt Nanorobotics vandaag enorm. We zullen er in een later hoofdstuk kort over praten, waarin we zullen zien hoe AI en nanotechnologie zo effectief samenkomen.

3. Biomaterialen

Biomaterialen zijn stoffen die medisch worden gebruikt voor de behandeling van een ziekte of de diagnose ervan. Ze kunnen bestaan ​​uit levend weefsel of kunstmatig gemaakt materiaal voor gebruik in biologische systemen om een ​​beschadigde biologische functie te repareren, te vervangen of te stimuleren. In de bovenstaande videotitel impliceert Biomimetic, zoals het woord aangeeft, het nabootsen van het gedrag van elk specifiek biologisch systeem.

Omdat nanotechnologie precisie op nanoschaalniveau mogelijk maakt, is het een zegen voor het ontwikkelen van biomaterialen. In de ontwikkeling van botweefsel kunnen bijvoorbeeld keramiek, polymeren, metalen en composieten op nanoschaal worden ontwikkeld, waardoor extreme nauwkeurigheid mogelijk is. Dergelijke nanofase biomaterialen zijn van groot belang in orthopedische implantaten.

Waarom hebben we Open Source-nanotechnologie nodig?

Image Credit: AZoNano

Een artikel met de naam "Maak nanotechnologieonderzoek open-source" in het Nature-tijdschrift, moedigt de goedkeuring aan van een open source-aanpak en legt op een zeer eenvoudige manier uit hoe innovatie in nanotechnologie sterk kan worden gehinderd door patentmisbruik.

Buitensporige octrooiering in nanotechnologie leidt tot:

  • kostenstijgingen,
  • vertraagt ​​de technische ontwikkeling en
  • verwijdert fundamentele kennis uit het publieke domein

Er is ook een apart gedeelte in het artikel getiteld "Open Source Alternatives", waarin duidelijk wordt aangegeven hoe een Open Source Model nanotechnologiebedrijven in staat zou stellen vrijelijk de beste hulpmiddelen, materialen en apparaten te gebruiken die beschikbaar zijn voor onderzoek en het gebruik van de technologie zonder zich zorgen te hoeven maken over IP monopolies.

Licentiekosten zouden worden geëlimineerd, waardoor de kosten zouden dalen. In plaats daarvan kunnen dergelijke besparingen worden gebruikt voor innovatie, wat zeer noodzakelijk is voor een bedrijf om te overleven. Deze openheid schept ook ruimte voor kleine startups om de markt te betreden en te innoveren in onderzoek op het gebied van nanotechnologie.

Het gebied van nanotechnologie is een combinatie van informatie (zoals chemische formules), software (bijvoorbeeld modelleertools) en hardware (zoals atoomkrachtmicroscopen). Alle drie de gebieden kunnen open-sourcebeginselen aannemen en er zijn al enkele stappen hiertoe genomen.

Pearce, JM (2012). Maak nanotechnologieonderzoek open-source. Nature, 491 (7425), 519-521. doi: 10.1038 / 491519a

Een open wetenschappelijke benadering van nanotechnologie

Nu we hebben gezien hoe Open Source een revolutie teweegbrengt in Nanotechnology Research, laten we het in detail bespreken over drie belangrijke initiatieven in Open Source Nanotechnology. Als we ons herinneren aan ons eerste Science-artikel, impliceert Open Science Open Source, Open Access, Open Data en Open Standaarden.

1. nanoHUB: een enorm open-source-initiatief op het gebied van nanotechnologie

Ook genoemd in het artikel dat we net bespraken, is nanoHUB een initiatief dat aanvankelijk werd gestart in 2002 door de US National Science Foundation, die een universitair netwerk oprichtte, het Network for Computational Nanotechnology (NCN), ter ondersteuning van het National Nanotechnology Initiative.

nanoHUB.org heeft onderzoekers, opvoeders en professionals gefaciliteerd om samen te werken en middelen te delen om nanotechnologieproblemen op te lossen.

NCN heeft drie nobele doelen:

  • computationele hulpmiddelen online brengen,
  • de hulpmiddelen gebruiksvriendelijk maken, en
  • het informeren van gebruikers over de tools en nanoscience.

Lees hier meer over op het papier dat is geschreven met een educatief perspectief. U kunt hier ook een recenter artikel lezen dat nuttige verwijzingen bevat naar nanoHUB.

2. caNanoLab: om het gebruik van nanotechnologie in de biogeneeskunde te versnellen

Een ander Open Source Initiative, caNanoLab, maakt het delen van gegevens mogelijk om het gebruik van toegepaste nanotechnologie gemakkelijker te maken. De portal maakt informatie-uitwisseling mogelijk tussen onderzoeksgemeenschappen om het gebruik van nanotechnologie in de biogeneeskunde te versnellen en te valideren.

Net als Bioinformatics (zoals we in een vorig Open Science-artikel hebben besproken), is ook de nanologie van de informatica een studiegebied geworden. Het behandelt in de eerste plaats alle gegevens met betrekking tot nanotechnologie. Nadat deze gegevens zijn verzameld en gevalideerd, wordt deze opgeslagen en geanalyseerd via verschillende methoden voor nuttige toepassingen. caNanoLab maakt Nanoinformatics-studies veel eenvoudiger.

3. NBI: Nano-Biomaterials Interactions Knowledgebase

De NBI Knowledgebase is gemaakt voor gebruik door de industrie, de academische wereld, het grote publiek en regelgevende instanties als een platform voor onbevooroordeeld inzicht in de manier waarop biologische systemen worden beïnvloed door blootstelling aan nanomateriaal.

Op de portal vindt u twee secties:

Nanomaterial Library

Hier kunt u een bibliotheek met nanomaterialen opzoeken met opmerkelijke parameters zoals materiaaltype, kern, oppervlaktechemie, vorm, lading, grootte en generatie van dendrimeren.

Analyse van nanomaterialen

Deze sectie heeft alle parameters zoals in de bibliotheek maar met twee extra opties genaamd Heatmap en Plot bedoeld voor analytische weergave.

Nu we het hadden over drie Open Science Initiatives in Nanotechnology, laten we dit gedeelte afsluiten door deze link te verlaten met een aantal uitputtende bronnen voor onderzoek naar nanotechnologie. De pagina is bedoeld voor de eNanoMapper-database die ook koppelingen naar andere initiatieven bevat.

Open Source NanoAI: open convergentie van AI en nanotechnologie

Het is overduidelijk dat AI (Artificial Intelligence) en Nanotechnology op de een of andere manier op een dag een convergentie moesten maken. Dit heeft een heel nieuw tijdperk geopend met geweldige mogelijkheden.

De huidige AI kan nu vele uitdagingen oplossen waarmee nanotechnologen worden geconfronteerd. Sommige manieren zijn vermeld als onder:

  • Interpretatie van resultaten verkregen uit Nanoscale-experimenten
  • Schatting van meerdere parameters effectief
  • Automatische karakterisatie van Nanomaterial-eigenschappen en complexe I / O-responsen
  • Systeemoptimalisatie
  • Ontwerp van gegevens en algoritmen voor Nanocomputers

Lees hier meer over kunstmatige intelligentie en nanotechnologie.

Als we denken aan alle bovengenoemde toepassingen van AI in nanotechnologie met een Open Source-perspectief, kunnen we de verhoogde voordelen duidelijk waarnemen. Nanotechnologen kunnen effectief samenwerken door open informatie, broncode en datasets te delen die het Nanotechnologie-onderzoek efficiënt kunnen versnellen met toegepaste AI.

Dus, Open Source NanoAI vergemakkelijkt het werken met FOSS met software die zowel Kunstmatige Intelligentie als Nanotechnologie implementeert.

Wist je dat KI nanotechnologie kon gebruiken om menselijke organen te maken voor vervanging en reparatie van beschadigde, waardoor mensen langer konden leven? Er is meer, AI kan zelfs worden gebruikt om kunstvlees te maken van nano-stamcellen!

Stamcellen, zoals we zien, kunnen heel goed voor een hoger doel worden gebruikt. Met Nanotechnologie kunnen stamcellen op commando worden omgezet in botcellen. Het proces kan ook worden gebruikt voor de behandeling van dodelijke aandoeningen zoals hartaandoeningen en Parkinson.

AI is een drijvende kracht in Nanorobotics bij de toepassing van therapeutica waarbij het immuunsysteem is betrokken. Nanobots kunnen gebruikmaken van onbewaakt leren van machines om beschadigde menselijke cellen te identificeren. Dit alles is mogelijk omdat KI-programma's Nanobots kunnen vertellen over het onderscheid tussen goede en slechte cellen met behulp van een uitgebreide bibliotheek die is opgenomen in het systeem en die bestaat uit alle kennis over Nano-informatica en ons menselijk lichaam.

Lees hier meer over de toepassing van AI in Nanorobotics.

Lopend onderzoek in nanotechnologie

Laten we nu eens kijken naar enkele interessante onderzoekswerkzaamheden die de laatste tijd in het veld hebben plaatsgevonden. We hebben er veel gevonden en twee uitgekozen:

1. Formulering van nanodeeltjes om de immuniteit van gewassen te bevorderen

Dit kan worden toegepast in rijstvelden om rijstplanten immuun te maken voor schimmels, wat geweldig nieuws kan zijn voor boeren en landbouwers.

doi: 10.1101 / 339283

2. Geneesmiddel afgeven via nanocarriers via neus-tot-hersenen

Nasale toediening van oppervlaktegemodificeerde nanogeneesmiddelen is voorgesteld voor de behandeling van verschillende aandoeningen van het centrale zenuwstelsel, waaronder:

  • migraine
  • Slaapproblemen
  • Virale infecties
  • Hersentumors
  • Multiple sclerose
  • Schizofrenie
  • ziekte van Parkinson
  • ziekte van Alzheimer

  • zwaarlijvigheid

Voordelen van dit onderzoek zijn dat de bijwerkingen zoals bij traditionele geneesmiddelen geen zorgen hoeven te maken, omdat nanocarriers de bloed-hersenbarrière volledig kunnen omzeilen door middel van nasale toediening.

doi: 10.3390 / pharmaceutics10010034

Samenvatting

Dus, in dit Open Science en AI-artikel, hebben we geïntroduceerd hoe nanotechnologie werkt en waarom het een belangrijk vakgebied is. We hebben drie voorbeelden gegeven, namelijk gezondheidszorg, nanobiotica en biomaterialen. We hebben vervolgens gezien hoe Open Source-nanotechnologie een grotere noodzaak is om taken en onderzoek op hetzelfde effectiever voort te zetten.

Verderop zagen we hoe een Open Science Approach de nanotechnologie in een hoog tempo aanstuurt. We zagen drie Open Science Initiatives, namelijk nanoHUB, caNanoLab en NBI.

We benadrukten ook hoe AI en nanotechnologie samenkomen voor een gemeenschappelijk doel en ten slotte merkten we een aantal lopende onderzoekswerkzaamheden op het gebied van nanotechnologie.

Bedankt voor het lezen. Deel alstublieft alle feedback die je zou willen delen in de comments hieronder. Ons volgende artikel gaat over 3d-printen, dat ook enkele discussies over interessante nanoschaaltoepassingen zou omvatten.

Aanbevolen

Dingen om te doen na het installeren van Fedora 24
2019
Hoe u uw FTP-server instelt onder Linux
2019
PDF-bestanden splitsen, samenvoegen, roteren en opnieuw ordenen in Linux met PDFArranger
2019