KHKT

The new engineering world A national investment strategy is key to transforming nanotechnology from science fiction to an everyday engineering tool. By M.C. Roco It has gone largely unnoticed in the larger society, but we are now in a new era. This era is one of increased innovation for manufacturing products, of new techniques for improving human health and cognitive abilities, of integrating fundamental research and technology from the molecular and even atomic levels. In short, we are in the Nanotechnology Age for Science and Engineering, whether most people know it or not. Because of the promise of this new era, government investments worldwide for nanotechnology research and development have increased eightfold in seven years, reaching about $4 billion in 2004. All Fortune 500 companies in materials, electronics, and pharmaceuticals have made investments in nano- technology since 2002. This effort is led by the National Nanotechnology Initiative (NNI), a long-term research and development program that coordinates 22 departments and independent agencies of the federal government, including the National Science Foundation, the Department of Defense, the Department of Energy, the National Institutes of Health, the National Institute of Standards and Technology, and the National Aeronautical and Space Administration. The total investment in fiscal year 2004 was about $1 billion. As the program continues, NNI will not only support nanotechnology research, but also provide a base for converging new technologies. NNI is a catalyst, bringing together both researchers and society at large to create the knowledge and innovation foundation of the Nanotechnology Age. Why have so many researchers begun exploring nanoscale science and technology? First, the research is helping us fill a major gap in our fundamental knowledge of matter. At the level of individual atoms and molecules, tools developed by conventional physics and chemistry have already shown us quite a bit. Conventional chemistry, biology, and engineering have taught us about the bulk behavior of large aggregates of molecules. But until now, we have known much less about the intermediate nanoscale, which is the natural threshold where all living and manmade systems work. A second reason for the interest in nanotechnology is that nanoscale phenomena hold the promise of radically new applications. Possible examples include chemical manufacturing using designed molecular assemblies, processing of information using photons or electron spin, detection of chemicals or bioagents using only a few molecules, detection and treatment of chronic illnesses by subcellular interventions, regenerating tissue and nerves, enhancing learning and other cognitive processes by understanding the society of neurons, and cleaning contaminated soils with designed nanoparticles. Using input from industry in the United States, Asia, and Europe between 1997 and 1999, we have projected that $1 trillion in products and about two million jobs worldwide will be affected by nanotechnology by 2015. Extrapolating from information technology, where for every worker another 2.5 jobs are created in related areas, nanotechnology has the potential to create seven million jobs globally in the next 10 years. Indeed, the first generation of nanostructured metals, polymers, and ceramics has already entered the commercial marketplace. Governments around the world are pushing to develop nanotechnology as rapidly as possible. Coherent, sustained research and development programs have been announced by Japan, Korea, the European Union, Germany, China, and Taiwan. But, the first and largest such program was the U.S. National Nanotechnology Initiative, announced in January 2000. The groundwork for NNI, however, predated the announcement by several years. In November 1996, I organized a small group of researchers and experts from government, including Stan Williams of Hewlett-Packard, Paul Alivisatos of the University of California, Berkeley, and Jim Murday of the Naval Research Laboratory. That's when we started doing our homework in setting a long-term plan for nanotechnology. This carpet of zinc oxide strands was grown on a sapphire backing. Researchers hope these strands will find use in ultraviolet optical devices. NNI was prepared with the same rigor as a science project. We began by preparing supporting publications, including a report on research directions in 10 areas of relevance, despite low expectations of additional funding at that moment. We developed a long-term vision for research and development and completed an international benchmarking of nanotechnology in academia, government, and industry. At the National Science Foundation, we ran a program solicitation, "Partnership in Nanotechnology: Functional Nanostructures," and received feedback from the academic community. Other milestones included a plan for U.S. government investment, a brochure explaining nanotechnology for the public, and a report on the societal implication of nanoscience and nanotechnology. More than 150 experts, distributed almost equally among academia, industry, and government, contributed in setting the nanotechnology research directions. Finally, at a 1999 meeting at the White House's Office of Science and Technology Policy, I proposed the NNI with a budget of a half-billion dollars for fiscal year 2001. While other topics were on the agenda of that meeting, nanotechnology captured the imagination of those present, and discussions reverberated for about two hours. It was the first time that a forum at this level with representatives from the major federal R&D departments reached a decision to consider exploration of nanotechnology as a national priority. Although we had the attention of Neil Lane, then the presidential science advisor, and Tom Kalil, then economic assistant to the president, few experts gave even a small chance to nanotechnology to become a national priority program. But within nine months it was a reality. President Bill Clinton announced the NNI at the California Institute of Technology in January 2000. The presidential announcement of the initiative, with its vision and program, motivated the international community. About 40 countries have announced priority nanotechnology programs since then. It was as if nanotechnology had gone through a phase transition: What had once been perceived as blue-sky research of limited interest (or, in the view of several groups, science fiction, or even pseudoscience) was now being seen as a key technology of the 21st century. The first four years of NNI has funded about 4,000 projects at more than 500 institutions. Already, this effort has led to significant science and engineering advances, from Sam Stupp's design of molecules for hierarchical self-assembly to Alex Zettl's construction of a motor with axles only a few nanometers in diameter. Such advances have increased the confidence that nano- technology development is one of the key technologies at the beginning of the 21st century, and has raised the challenges of responsible development. Although the $1 billion from the NNI accounts for about 25 percent of global government investments, American researchers account for about 50 percent of highly cited papers, about 60 percent of U.S. nanotechnology patents, and about 70 percent of startup companies in nanotechnology worldwide. Small Times reported 875 U.S. nanotechnology companies in March 2004 with roughly half being small businesses; NNI investments in small business totaled about $70 million in fiscal year 2004. NNI Modes of Support in Fiscal Years 2001-2005 The funding strategy for the National Nantechnology Initiative is based on five modes of investment. The first mode supports a balanced investment in fundamental research across the entire breadth of science and engineering, and it is led by the National Science Foundation. The second mode, collectively known as the "grand challenges," focuses on nine specific R&D areas that are more directly related to applications of nanotechnology. They also have been identified as having the potential to realize significant economic, governmental, and societal impact in about a decade. These challenges are: nanostructured materials by design; manufacturing at the nanoscale; chemical-biological-radiological-explosive detection and protection; nanoscale instrumentation and metrology; nano-electronics, nano-photonics, and nano-magnetics; health care, therapeutics, and diagnostics; efficient energy conversion and storage; microcraft and robotics; and nanoscale processes for environmental improvement. The third mode of investment supports centers of excellence that conduct research within host institutions. These centers pursue projects with broad multidisciplinary research goals that are not supported by more traditionally structured programs. These centers also promote the education of future researchers and innovators, as well as training of a skilled technical workforce for the growing nanotechnology industry. NSF, the Department of Defense, and NASA have established 16 new research centers in the last four years. The fourth mode funds the development of infrastructure, instrumentation, standards, computational capabilities, and other research tools necessary for nanoscale R&D. NSF established three research and user facility networks, and DOE has a large-scale user facility network of its own. The fifth mode recognizes and funds research on the societal implications, and addresses educational needs associated with the successful development of nanoscience and nanotechnology. Besides the graduate and postgraduate education activities, NSF supports nanoscale science and engineering programs for earlier nanotechnology education for undergraduates, high schools, and public outreach. Furthermore, NNI has funded more than 35 new large nanotechnology research centers, networks, and user facilities. It has created partnerships with industry groups and professional societies, and has expanded nanotechnology education into high schools and colleges. In fact, more than 10,000 graduate students and teachers have been affected in 2004 alone by NNI money. The initiative has also been mindful of the societal implications and applications of nanotechnology. About 10 percent of 2004 NNI funding addressed environmental and health, safety, and other societal and educational concerns. The National Science and Technology Council's subcommittee on nanoscale science, engineering, and technology has played a leadership role and created the working group Nanomaterials Environmental and Health Issues. As a result of NNI, the United States is acknowledged as the world leader in this area of science, technology, and economic opportunity. NNI has been recognized for creating an interdisciplinary nanotechnology community in the U.S., and it has catalyzed global activities in nanotechnology and served as a model for other programs. One important aspect of NNI's progress has been its approach to the interaction with industry sectors. NNI has established Consultative Boards for Advancing Nanotechnology that represent various industry sectors broadly and help coordinate interactions with electronic, chemical, business, biotechnology/biomedical, and car manufacturing sectors. They are in various levels of development. The electronic industry's board was established in October 2003. Five working groups have prepared various reports, and several collaborative activities in long-term R&D planning and funding of research have been completed. The main objectives of the boards include joint planning and support of collaborative activities in key R&D areas; the encouragement of technology transfer and industrial use; and the identification and promotion of research into areas not yet well studied, especially those with promising markets. The process will be important over the next five to 10 years. The challenges of developing nanotechnology will increase in that period, as the effort progresses from understanding the fundamental phenomena or building single components to constructing active nanostructures, complex nanosystems, hierarchical architectures, and scalable nanoscale products. The focus will also shift to new areas of relevance, such as energy, food and agriculture, medicine, and engineering simulations from the nanoscale. With researchers building upon a growing base of breakthroughs, development is expected to accelerate in the next few years. Fullerenes, such as balls made up of 60 carbon atoms, are one of the promising nanoscale materials. The people involved with NNI have anticipated this phase change. A research and development transition in 2005 is reflected by the contents of the NNI strategic plan for 2006–2010 that will replace the first strategic plan for 2001–2005 now in effect. The first four years can be considered the first generation for nanotechnology products and services. Although there is some overlap from one to the next, each generation of products is marked here by creation of first commercial prototypes using systematic control of the respective phenomena and manufacturing processing. The first generation, for instance, is "passive nanostructures" and is typically used to tailor macroscale properties and functions. Examples of this are nanostructured coatings, dispersion of nanoparticles, and bulk materials—nanostructured metals, polymers, and ceramics. The next generation, which is just beginning, will see products possessing "active nanostructures" for mechanical, electronic, magnetic, photonic, biological, and other effects. They typically will be integrated into microscale devices and systems. New transistors, components of nanoelectronics beyond CMOS, amplifiers, targeted drugs and chemicals, actuators, artificial muscles, and adaptive structures illustrate this concept. Around 2010, we should see a third generation of products. These will be systems of nanosystems, extending in three dimensions. Such products will use various synthesis and assembling techniques such as bio-assembly, robotics with emerging behavior, and evolutionary approaches to design. Nano-Chrysanthemum Silicon carbide is a Versatile material—it's found in bearings and in light-emitting diodes. But under the influence of Ho Ghim Wei, it becomes something utterly new: unworldly flowers, trees, and cups. Ho, a researcher at the Nanoscale Science Laboratory at the University of Cambridge in England, created the images seen here and on page 4 as part of an investigation into the growth of silicon carbide nanowires. These wires were grown on a droplet of liquid gallium; a mixture of methane and silicon carbide vapor condenses on the droplet. Over the span of 20 minutes, the condensate forms a complex, branching crystal. The exact shape of the structure is dictated by the temperature and pressure of the gas. The flower shown here is a bundle of crystalline wires a mere 1,000 nanometers across. Ho and her collaborator, Mark Welland, believe these nanowires could form the basis for a new kind of solar cell. The material has already shown its usefulness as a water-repellant coating—water rolls off a surface covered with the stuff when tilted by as little as 5 degrees. — Jeffrey Winters Between now and then, researchers need to perfect how to network at the nanoscale and within hierarchical architectures. And the research focus will shift toward heterogeneous nanostructures and supramolecular system engineering—directed multiscale self-assembling, artificial tissues and sensorial systems, quantum interactions within nanoscale systems, and assemblies of nanoscale electromechanical systems, or NEMS. I expect to see by 2015 the emergence of the fourth generation of nanotechnology products, one that will make the ones we wonder at today seem quaint. There will be heterogeneous molecular nanosystems, where each molecule in the nanosystem has a specific structure and plays a different role. Individual molecules will be used as devices, and from their engineered structures and architectures fundamentally new functions will emerge. Designing new atomic and molecular assemblies is expected to increase in importance. We'll see macromolecules by design, nanoscale machines, and directed and multiscale self-assembling, exploiting quantum control, nanosystem biology for health care, human-machine interface at the tissue and nervous system level, and convergence of nano-bio-info cognitive domains. What will this mean for citizens, the ones who have yet to notice nanotechnology in their everyday lives? It is important to remember that while expectations from nanotechnology may be overestimated in the short term, the long-term implications on health care, productivity, and the environment appear to be underestimated. Nanotechnology holds the promise to increase the efficiency in traditional industries and bring radically new applications through emerging technologies. By 2015—just 10 years time—I expect at least half of the newly designed advanced materials and manufacturing processes will be built using control at the nanoscale in at least one of the key components. This will mark a milestone toward the new industrial revolution. Silicon transistors will reach dimensions smaller than 10 nm and will be integrated with molecular or other kinds of nanoscale systems. Alternative technologies for replacing the electronic charge as information carrier with electron spin, phase, polarization, magnetic flux quanta, and/or dipole orientation will be under consideration. Technologies will be developed for directed self-assembly into non-regular, hierarchically organized, device-oriented structures and the creation of functional, nanoscale building blocks. Lighter composite nanostructured materials, nanoparticle-laden, more reactive and less pollutant fuels, and automated systems enabled by nanoelectronics will dominate the automotive, aircraft, and aerospace industries. Converging science and engineering from the nanoscale will establish a mainstream pattern for applying and integrating nanotechnology with biology, electronics, medicine, learning, and other fields. Science and engineering of nanobiosystems will become essential to human health care and biotechnology. Lifecycle sustainability and biocompatibility will be pursued in the development of new products. In fact, I believe we will see that suffering from chronic illnesses will be sharply reduced. It is conceivable that by 2015, nanoscale tools will augment our ability to detect and treat tumors in their first year of occurrence and might greatly mitigate suffering and death from cancer. This model of a silicon nanocrystal may help researchers better understand the properties of materials made of just a few dozen atoms. Ten years from now, knowledge development and education will originate at the nanoscale instead of the microscale. A new education paradigm—one not based on disciplines, but on unity of nature and the integration of research and teaching—will be tested for K-16. Likewise, nanotechnology businesses and organizations will restructure toward integration with other technologies, distributed production, continuing education, and forming consortia of complementary activities. Traditional and emerging technologies will be equally affected. An important development will be the creation of nanotechnology R&D platforms to serve various areas of applications with the same investigative and productive tools. An example is the nanotechnology platform created at a newly built laboratory by General Electric. Today, yes, one can survey people in a shopping mall and find that no one there knows that we live in the Nanotechnology Age for Science and Engineering. In little more than a decade, though, the fruits of nanoscale research and technology will be inescapable. Looking back, it will be easy to see when the new era began. In our 2015 hindsight, we all will know that in 2005, it had already started. Editor's Note: This article is based on the author's experience in coordinating NNI. Opinions expressed here are those of the author and do not necessarily reflect the position of the National Science and Technology Council's subcommittee on nanoscale science, engineering, and technology, or of NSF. M.C. Roco is a senior advisor at the National Science Foundation in Washington, D.C. He is also the chair of the U.S. National Science and Technology Council's subcommittee on nanoscale science, engineering, and technology. Thời đại công nghệ mới Một chiến lược đầu tư mang tính quốc gia là chìa khoá để chuyển hoá công nghệ nano từ khoa học viễn tưởng thành một công cụ kĩ thuật phổ biến Đang có một sự thay đổi to lớn nhưng âm thầm trong xã hội hiện đại.Chúng ta đang sống trong một kỉ nguyên mới, kỉ nguyên của những đổi mới gia tăng về các sản phẩm công nghiệp kĩ thuật mới nhằm cải thiện sức khoẻ và khả năng nhận thức của con người và những nghiên cứu các tổ hợp cơ bản và công nghệ từ cấp độ phân tử hoặc thậm chí từ cấp độ nguyên tử. Nói tóm lại chúng ta đang sống trong thời đại khoa học kĩ thuật của công nghệ nanô cho dù chúng ta có đang nhận thấy điều đó hay không. Vì những hứa hẹn của kỉ nguyên mới nên những đầu tư mang tính toàn cầu của chính phủ cho việc nghiên cứu và phát triển công nghệ nano đã tăng lên 8 lần trong vòng 7 năm, đạt 4 tỉ đô trong năm 2004. Tất cả các công ty nằm trong top 500 về vật tư, thiết bị điện tử và dược phẩm đều đẩy mạnh đầu tư vào công nghệ này từ năm 2002. Nỗ lực này dẫn tới “sáng kiến công nghệ nanô quốc gia” (NNI), một kế hoạch nghiên cứu dài hạn và một chương trình phát triển với sự góp mặt của 22 bộ ngành thuộc chính quyền liên bang, trong đó có Quỹ khoa học quốc gia, Bộ Quốc Phòng, Bộ Năng Lượng và Viện sức khoẻ quốc gia, Viện tiêu chuẩn và công nghệ quốc gia, NASA. Tổng vốn đầu tư trong năm tài chính 2004 đạt xấp xỉ 1 tỉ đô la. những” cây” này đuợc tạo ra từ các sợi tinh thể cácbua lớn lên trong môi trường gali nóng chảy Trong thời gian thực hiện chương trình, NNI không chỉ được hỗ trợ nghiên cứu công nghệ nano mà còn được cung cấp cơ sở cho việc tập trung nghiên cứu công nghệ mới. NNI là trung gian mang các kết quả nghiên cứu đến với thực tiễn nhằm tạo ra nền tảng kiến thức và sự đổi mới nhờ công nghệ nano Tại sao lại có rất nhiều các nhà khoa học bắt tay vào nghiên cứu công nghệ nano? Trước tiên các nghiên cứu này giúp chúng tôi hoàn thiện khối kiến thức nền tảng về vật chất. Ở cấp độ những phân tử và nguyên tử đơn lẻ, các công cụ được phát triển bởi vật lí và hoá học cơ bản chỉ giúp chúng ta có những hiểu biết khá khiêm tốn. Hoá học đại cương, sinh học và kĩ thuật đã giúp ta nắm bắt được những hành vi của một tập hợp lớn các phân tử. Tuy nhiên cho đến thời điểm này, chúng ta vẫn biết tương đối ít về nano trung gian, được coi là ngưỡng tự nhiên tồn tại ở các hệ thống điều khiển tự động hoặc bằng tay đang tồn tại. Lý do thứ hai cho mối quan tâm đến công nghệ nano là vì nano nắm giữ một tương lai đầy hứa hẹn cho các ứng dụng cơ bản mới chẳng hạn như sản xuất hoá chất sử dụng mô hình cấu trúc phân tử, xử lý thông tin sử dụng phôtôn hoặc spin của điện tử, phát hiện hoá chất hoặc tác nhân sinh học chỉ sử dụng một vài nguyên tử, phát hiện và điều trị các bệnh mãn tính bằng cách can thiệp dưới mức tế bào, phục hồi các mô và các tế bào thần kinh, tăng cường khả năng học tập và các quá trình tri thức khác nhờ nắm được cấu trúc hệ thống của các dây thần kinh, dùng các hạt nanô để làm sạch đất đai ô nhiễm. Theo các kết quả đạt được của nghành công nghiệp của Hoa Kỳ, Châu Á, và châu Âu trong giai đoạn 1997-1999, chúng tôi dự kiến công nghệ nanô sẽ tạo ra khoảng 1 nghìn tỉ sản phẩm và 2 triệu việc làm trên toàn thế giới vào năm 2015. Có thể làm một phép ngoại suy từ nghành công nghệ thông tin lĩnh vực mà mỗi người có thể làm được 2.5 loại công việc khác nhau có liên quan. Công nghệ nano có tiềm năng để tạo ra 7 triệu việc làm trên toàn cầu trong 10 năm tới. Thực vậy, thế hệ đầu tiên của kim loại có cấu trúc nano, vật liệu dẻo, gốm sứ đã bước ra trường thương mại. Các chính phủ trên khắp thế giới đang tiến hành đẩy mạnh phát triển công nghệ nano một cách nhanh nhất có thể. Nhật Bản, Hàn Quốc, Liên minh châu Âu, Đức, Trung Quốc và Triều Tiên đều công bố duy trì nghiên cứu và các chương trình phát triển của mình. Tuy nhiên chương trình đầu tiên và cũng là lớn nhất cho tới thời điểm này vẫn thuộc về “Sáng kiến công nghệ nano quốc gia” của Hoa Kỳ được công bố vào tháng 1 năm 2000. Tuy nhiên NNI đã chuẩn bị bắt đầu trước đó một vài năm. Vào tháng 11 năm 1996 tôi thành lập một nhóm nhỏ các nhà nghiên cứu và các chuyên gia của chính phủ trong đó có Stan Williams từ Hewlett- Packard, Paul Alivisatos từ đại học California, Berkele và Jim Murday thuộc phòng thí nghiệm nghiên cứu Hải Quân. Đó là thời điểm chúng tôi bắt đầu thực hiện và đưa ra một kế hoạch dài hạn cho công nghệ nano. Những thảm sợi ôxít kẽm này được trồng trên một sao lưu sapphire. Các nhà nghiên cứu hy vọng những sợi này sẽ được sử dụng trong các thiết bị quang học tia cực tím. NNI đã được chuẩn bị hết sức công phu chặt chẽ như một dự án khoa học. Chúng tôi bắt đầu bằng việc chuẩn bị các ấn phẩm hỗ trợ bao gồm báo cáo phương hướng nghiên cứu trong 10 lĩnh vực có liên quan bất chấp việc ngân quỹ bổ sung vẫn còn khá hạn hẹp vào thời điểm đó. Chúng tôi đẩy mạnh một tầm nhìn dài hạn cho nghiên cứu phát triển và hoàn thành một chuẩn công nghệ nano tại các học viện, chính phủ, và các khu công nghiệp. Tại Quỹ khoa học quốc gia chúng tôi thực hiện một chương trình chào mời mang tên “Cùng hợp tác với công nghệ nano” “Cấu trúc chức năng nano” và nhận được phản hồi từ các cộng đồng có quan tâm. Những bước quan trọng khác bao gồm một kế hoạch đầu tư từ chính phủ Mỹ, một cuốn sách nhỏ giới thiệu công nghệ nano tới công chúng ngoài ra còn một báo cáo xã hội về khoa học nano và công nghệ nano. Hơn 150 chuyên gia được phân bổ về các học viện, khu công nghiệp và chính phủ góp phần trong việc đưa ra những hướng đi cụ thể cho công nghệ nano. Cuối cùng vào năm 1999 tại một cuộc toạ đàm tại nhà Trắng về chính sách khoa học công nghệ tôi đề xuất cho NNI khoản ngân sách nửa tỷ đô la cho năm tài chính 2001. Trong khi còn các chủ đề khác nằm trong chương trình nghị sự của buổi họp nhưng công nghệ nano vẫn chiếm được sự quan tâm lớn và được thảo luận sôi nổi trong vòng 2 giờ. Đó là lần đầu tiên mà một diễn đàn ở cấp này với những người đại diện chủ yếu đến từ ban nghiên cứu và phát triển liên bang đã đi đến đề xuất liệu có xem việc khám phá công nghệ nano như một ưu tiên hàng đầu của quốc gia hay không. Mặc dù chúng tôi đã gây được sự chú ý của Neil Lane, sau này là cố vấn khoa học cho tổng thống và Tom Kalil -trợ lí kinh tế cho tổng thống nhưng một số chuyên gia dành rất ít cơ hội cho công nghệ nano trở thành chương trình được ưu tiên hàng đầu của quốc gia Tuy nhiên 9 tháng sau đề xuất đó đã trở thành hiện thực. Tổng thống Bill Clinton đã công bố NNI tại viện công nghệ Califonia vào tháng 1 năm 2000. Thông báo của tổng thống về sáng kiến với những kế hoạch và tầm nhìn chiến lược đã có tác động lớn lên trường quốc tế. Kể từ đó, khoảng 40 nước đã tuyên bố ưu tiên các chương trình về công nghệ nano. Như vậy công nghệ nano đã có bước ngoặt to lớn. Trong quá khứ nó đã từng bị cho là viển vông (hoặc chỉ là ý tưởng của một vài nhóm, khoa học viễn tưởng hoặc thậm chí giả khoa học) thì bây giờ đã được xem như chìa khoá công nghệ của thế kỉ 21. Vốn liếng của NNI trong 4 năm đầu tiên là khoảng 4000 dự án tại hơn 500 cơ sở giáo dục. Những nỗ lực này hướng tới khoa học thực tiễn và tiến bộ khoa học kĩ thuật. Bắt đầu từ thiết kế của Sam Stupp về các phân tử tự hình thành theo các lớp cho đến công trình nghiên cứu của Alex Zettl về động cơ với đường kính trục chỉ vài nanômét. Chính những tiến bộ khoa học này đã củng cố thêm niềm tin rằng công nghệ nano là một chìa khoá công nghệ trong những năm đầu thế kỉ 21 đồng thời cũng ra tăng những thách thức to lớn trong việc phát triển nó theo một chiều hướng đúng đắn. mặc dù NNI đã thu hút được đầu tư 1 tỉ đô la Mỹ chiếm khoảng 25% đầu tư toàn cầu của chính phủ nhưng các nhà nghiên cứu của Mỹ yêu cầu con số này phải là 50% bởi vì có tới 60% bằng sáng chế công nghệ nano thuộc về Mỹ và nước này chiếm 70% các công ty mới thành lập về công nghệ nano trên toàn cầu. Theo thời báo Small, trong tháng 3 năm 2004 875 công ty của Mỹ về công nghệ nano với hơn một nửa là các doanh nghiệp nhỏ. Tổng vốn đầu tư vào NNI của các doanh nghiệp này là 70 nghìn đô la trong năm 2004. Phương thức tài trợ cho NNI trong năm tài khóa 2001-2005 Các chiến lược tài trợ cho chương trình nghiên cứu công nghệ Nano quốc gia (NNI) được dựa trên 5 phương hướng đầu tư. Phương hướng đầu tiên, dưới sự chỉ đạo của Quỹ Khoa Học Quốc Gia, hỗ trợ sự đầu tư cân bằng vào việc tập trung nghiên cứu qua toàn bộ bề rộng khoa học kĩ thuật. Phương hướng thứ 2, được gọi chung là “những thách thức lớn”, tập trung vào 9 lĩnh vực nghiên cứu và phát triển cụ thể, có nhiều sự liên quan trực tiếp đến những ứng dụng của công nghệ Nano. Chúng được nhận định rằng nhiều khả năng có tác động đáng kể đối với kinh tế, chính phủ và xã hội trong khoảng một thập kỉ. Những thách thức này bao gồm: vật liệu cấu trúc nano có mục đích; sản xuất với kích cỡ nano; phát hiện và ngăn chặn thuốc nổ sinh học – hóa học – bức xạ; trang thiết bị và dụng cụ đo lường kích thước nano; lĩnh vực điện tử nano; nano photon và nano từ tính; chăm sóc sức khỏe, trị liệu và chẩn đoán bệnh; chuyển hóa và lưu trữ năng lượng hiệu quả; kĩ thuật tinh vi và robot; qui trình cải thiện môi trường với công nghệ nano. Phương hướng đầu tư thứ 3 hỗ trợ các trung tâm bao gồm những thành phần ưu tú tiến hành nghiên cứu tại chính cơ quan sở tại. Những trung tâm này theo đuổi các dự án nghiên cứu đa ngành qui mô rộng mà không được nhiều chương trình có cấu trúc truyền thống ủng hộ. Các trung tâm này cũng thúc đẩy phát triển giáo dục để đào tạo ra những nhà nghiên cứu và phát minh cho tương lai, cũng như đào tạo một lực lượng lao động kĩ thuật có tay nghề cao phục vụ ngành công nghiệp nano đang phát triển. NSF, Bộ Quốc phòng Mỹ, và NASA đã thành lập 16 trung tâm nghiên cứu mới trong vòng bốn năm qua. Phương hướng thứ 4 đầu tư tiền của vào cơ sở hạ tầng, trang thiết bị, các tiêu chuẩn, khả năng tính toán và các công cụ nghiên cứu cần thiết khác cho việc nghiên cứu và phát triển công nghệ nano. NSF đã tạo ra 3 mạng lưới nghiên cứu và phương tiện sử dụng, và Bộ Năng lượng Mỹ cũng có một mạng lưới phương tiện sử dụng của riêng mình. Phương hướng thứ 5 nhận định rõ và tập trung đầu tư nghiên cứu vào mối quan hệ với xã hội, và xác định những yếu tố giáo dục cần có liên quan đến sự phát triển thành công ngành khoa học nano và công nghệ nano. Bên cạnh những hoạt động giáo dục cho sinh viên đã tốt nghiệp đại học và sau khi tốt nghiệp, NSF còn cung cấp các chương trình kĩ thuật và môn học liên quan đến khoa học nano để giảng dạy những kiến thức ban đầu về công nghệ nano cho sinh viên chưa tốt nghiệp, học sinh trung học và cả cộng đồng. Hơn nữa, NNI đã tài trợ mới hơn 35 trung tâm, mạng lưới và phương tiện sử dụng nghiên cứu nano qui mô lớn. Nhờ vậy tạo ra được mối quan hệ giữa nhóm các ngành công nghiệp và thành phần trí thức cao trong xã hội, đồng thời mở rộng giáo dục công nghệ nano trong các trường trung học và cao đẳng. Trên thực tế, đã có hơn 10.000 giáo viên và sinh viên đã tốt nghiệp trực tiếp liên quan đến bởi tiền từ NNI. Sáng kiến này cũng lưu tâm đến mối quan hệ xã hội và những ứng dụng của công nghệ nano. Khoảng 10% tiền tài trợ của NNI dành cho các địa chỉ môi trường và y tế, bảo hiểm, và những mối quan tâm đến xã hội và giáo dục khác. Tiểu ban phụ trách vấn đề kĩ thuật công nghệ và khoa học nano trực thuộc hội đồng khoa học và công nghệ quốc gia đã đóng vai trò lãnh đạo và tổ chức các nhóm làm việc thảo luận về “Môi trường vật liệu nano và sức khỏe”. Nhờ NNI, Mỹ đã được thế giới công nhận là đứng đầu trên lĩnh vực nano về phương diện cơ hội khoa học, kĩ thuật và kinh tế. NNI được công nhận đã tạo được một cộng đồng công nghệ nano liên ngành tại Mỹ làm xúc tác cho những hoạt động toàn cầu về công nghệ nano, cũng như thành điển hình cho các chương trình khác. Một ưu điểm của NNI là nó đã tiếp cận tương tác được với các ngành công nghiệp. NNI đã thành lập một ban tư vấn về công nghệ nano tiên tiến đại diện cho hầu khắp các ngành công nghiệp khác nhau và giúp các ngành điện tử, hóa chất, kinh doanh, công nghệ sinh học/ y sinh học và sản xuất xe hơi hỗ trợ lẫn nhau dù các ngành đang phát triển ở mức độ khác nhau. Ủy ban ngành công nghiệp điện tử đã được thành lập vào tháng 10 năm 2003. Năm nhóm làm việc đã chuẩn bị các báo cáo khác nhau, và một số hoạt động hợp tác dài hạn nghiên cứu và phát triển và lập kế hoạch tài trợ nghiên cứu đã được hoàn tất. Mục tiêu chính của hội đồng bao gồm quy hoạch chung và hỗ trợ các hoạt động hợp tác trong các khu vực nghiên cứu và phát triển trọng điểm; khuyến khích việc chuyển giao công nghệ và sử dụng công nghiệp; nhận diện đồng thời xúc tiến nghiên cứu các khu vực chưa được nghiên cứu, đặc biệt là những thị trường đầy hứa hẹn. Tiến trình trên sẽ trở nên quan trọng trong năm đến mười năm tới. Những thách thức của ngành công nghệ nano đang phát triển sẽ tăng trong khoảng thời gian đó khi phải nỗ lực hiểu rõ những hiện tượng cơ bản hay thành phần xây dựng đơn nhất xây dựng được cấu trúc nano thiết thực, hệ thống nano phức tạp, kiến trúc phân cấp, và các sản phẩm nano có thể thay đổi. Trọng tâm cũng sẽ chuyển sang các khu vực mới liên quan, chẳng hạn như năng lượng, lương thực và nông nghiệp, dược phẩm, và mô phỏng kỹ thuật ứng dụng công nghệ nano. Với các nhà nghiên cứu khi xây dựng dựa trên một cơ sở ngày càng tăng tính đột phá, tốc độ phát triển dự kiến sẽ tăng trong vài năm tới. Những người liên quan đến NNI đã dự đoán giai đoạn đột phá này. Một sự chuyển hướng nghiên cứu và phát triển trong năm 2005 đã được đề cập đến trong nội dung bản kế hoạch chiến lược của NNI 2006 – 2010 được thay thế cho bản năm 2005 vẫn còn hiệu lực. Bốn năm đầu có thể coi như thế dịch vụ và sản phẩm công nghệ nano đầu tiên. Dù có sự chồng lên nhau, nhưng mỗi thế hệ được ghi nhận dưới đây nhờ có tính sáng tạo từ nguyên mẫu thương mại ban đầu sử dụng kiểm soát có hệ thống những hiện tượng riêng biệt và qui trình sản xuất. Chẳng hạn như thế hệ đầu tiên, với tên gọi “cấu trúc nano thụ động”, nó được dùng để những đặc tính và chức năng ở diện rộng, ví dụ như việc phủ cấu trúc nano, phân tán các hạt nano, hay dùng cho nhiều loại vật liệu như kim loại, polyme hay gốm sứ có cấu trúc nano. Thế hệ kế tiếp, dù mới chỉ được bắt đầu, nhưng đã đưa ra được những sản phẩm sử dụng “cấu trúc nano linh hoạt” dùng cho cơ khí, điện tử, từ trường, quang tử, sinh học, và nhiều ứng dụng khác. Chúng thường được tích hợp vào các hệ thống hay thiết bị siêu nhỏ. Trong đó có thể kể đến các loại transistor mới, vật liệu thành phần điện tử nano hơn cả CMOS, bộ khuếch đại, dược phẩm chỉ định hay hóa chất, cơ cấu truyền động, cơ bắp nhân tạo, và các cấu trúc thích ứng. Khoảng năm 2010 chúng ta sẽ vươn tới thế hệ thứ 3. Đó là những hệ thống nano mở rộng trong không gian 3 chiều. Các sản phẩm như vậy sẽ được tổng hợp từ nhiều yếu tố khác nhau, sử dụng kĩ thuật lắp ráp như lắp ráp sinh học, robot với nhiều tính năng mới, và có những bước tiến cách mạng trong việc thiết kế. Từ giờ đến lúc đó, các nhà nghiên cứu cần phải hoàn thiện lại mạng lưới nano cũng như bên trong cấu trúc phân tầng. Đồng nhất cấu trúc nano và kĩ thuật hệ thống siêu phân tử (bao gồm: chế độ tự lắp ráp vạn năng, hệ thống cảm quan và mô nhân tạo, tương tác lượng tử trong hệ thống nano, cụm các hệ thống cơ điện nano hay NEMS…) sẽ được tập trung nghiên cứu. Tôi trông chờ sự xuất hiện của các sản phẩm thế hệ thứ 4 vào năm 2015, mà có thể một trong số đó sẽ làm chúng ta cảm thấy thời đại hiện nay thật sự lạ lùng. Sẽ có những hệ thống phân tử nano không đồng nhất, bởi các phân tử trong hệ thống sẽ có cấu trúc riêng và đóng những vai trò khác nhau. Mỗi phân tử độc lập được sử dụng như một thiết bị, và nhờ những cấu trúc thiết kế và kiến trúc của chúng mà những chức năng mới được hình thành. Tổ chức nguyên tử và phân tử mới được trông đợi sẽ còn đóng góp nhiều hơn. Các công đoạn thiết kế, các loại máy nano, chế độ tự lắp ráp vạn năng, kiểm soát khai thác lượng tử, hệ thống nano sinh học dùng cho các ngành y tế, giao diện người máy qua các mô và hệ thống thần kinh, và lĩnh vực nhận thức thông tin dùng nano sinh học, tất cả đều có cấu trúc đại phân tử. Điều này có ý nghĩa gì cho dân thường, những người hầu như chưa biết gì về công nghệ nano trong cuộc sống hàng ngày của họ? Điều quan trọng là hãy nhớ rằng trong ngắn hạn, công nghệ nano có thể trông đợi có nhiều ích lợi thì các tác động lâu dài về y tế, năng suất, và môi trường của nó được đánh giá rất thấp. Công nghệ nano hứa hẹn tăng tính ứng dụng trong các ngành công nghiệp truyền thống và triệt để mang các ứng dụng mới qua các công nghệ tân tiến. Tới 2005, sau 10 năm, tôi trông đợi ít nhất một nửa số vật liệu tiên tiến được thiết kế và qui trình sản xuất sẽ được xây dựng nhằm sử dụng công nghệ nano trong ít nhất một bộ phận chủ chốt. Điều này sẽ là một dấu ấn quan trọng trong nền cách mạng công nghiệp mới. Transistor silicon sẽ chỉ nhỏ 10nm, và được tích hợp với phân tử hay các dạng khác của hệ thống nano. Nhờ công nghệ mới, việc mang thông tin bằng thu nạp điện tử sẽ được thay thế bằng spin của điện tử, pha, sự phân cực, lượng tử thông lượng từ tính, và có thể cả định hướng lưỡng cực đang trong quá trình nghiên cứu. Công nghệ sẽ được phát triển cho việc tự lắp ráp có hướng vào trong các cấu trúc thiết bị định hướng được tổ chức phân cấp không đều và sản phẩm từ các khối xây dựng dựa trên cấu trúc nano. Vật liệu composite cấu trúc nano nhẹ hơn, tải hạt nano, nhiên liệu tăng tính hoạt hóa và ít gây ô nhiễm môi trường, hệ thống tự động điều khiển nhờ điện tử nano, tất cả sẽ thống trị ngành công nghiệp ô tô, máy bay và hàng không vũ trụ. Tổng hợp khoa kĩ nano sẽ tạo ra được một mô hình chính áp dụng và tích hợp được công nghệ nano với sinh học, điện tử, dược phẩm, học tập và nhiều lĩnh vực khác. Kiến thức khoa kỹ của hệ thống nano sinh học sẽ trở nên thiết yếu đối với ngành y tế và công nghệ sinh học. Sự phát triển của những sản phẩm mới sẽ hướng tới vòng đời bền vững và khả năng thích ứng sinh học. Trên thực tế, tôi tin rằng những thiệt hại do các bệnh mãn tính gây ra sẽ giảm mạnh. Có thể tưởng tượng ra vào năm 2015, các công cụ nano sẽ tăng khả năng phát hiện và điều trị những khối u ngay trong năm đầu tiên phát bệnh và giảm bớt được những đau đớn hay chết chóc gây ra do ung thư. Mười năm nữa, phát triển tri thức và giáo dục sẽ khởi nguồn trên cơ sở khoa học nano thay vì cấu trúc siêu nhỏ như hiện tại. Một mô hình giáo dục mới sắp được thử nghiệm cho học sinh trung học. Nó không chỉ dựa trên các ngành học mà còn là sự thống nhất giữa tự nhiên đồng thời kết hợp nghiên cứu và giảng dạy. Tương tự như vậy, các tổ chức và ngành kinh doanh dựa trên công nghệ nano cũng sẽ tái cơ cấu để hòa nhập với các ngành công nghệ khác, sản xuất có phân phối, giáo dục thường xuyên và hình thành các tập đoàn quốc tế phục vụ cho những hoạt động bổ trợ. Công nghệ truyền thống hay mới nổi sẽ đều có tầm ảnh hưởng như nhau. Một bước tiến quan trọng chính là thành quả có được từ nền tảng nghiên cứu và phát triển công nghệ nano giúp phục vụ nhiều lĩnh vực ứng dụng khác nhau với cùng một công cụ thăm dò và sản xuất. Tiêu biểu là nền tảng công nghệ nano từ phòng thí nghiệm mới được General Electric xây dựng. Ngày nay, ta có thể đến thăm dò mọi người đến trung tâm mua sắm và nhận thấy rằng không một ai biết mình đang sống trong thời đại khoa học kĩ thuật công nghệ nano. Tuy nhiên, chỉ chưa đầy một thập kỉ nữa thôi, mọi người không thể nào không chú ý đến nó nữa. Quay đầu lại, ta thấy nó rất dễ dàng được nhận ra khi kỉ nguyên mới bắt đầu. Tới năm 2015, chúng ta thực sự sẽ phát hiện rằng cỗ máy nano đã thực sự được vận hành vào năm 2005. Lưu ý của Biên tập viên: Bài viết này dựa trên kinh nghiệm của tác giả khi hợp tác với NNI. Những ý kiến trên đây là của tác giả và không nhất thiết phản ánh quan điểm của Tiểu ban phụ trách vấn đề kĩ thuật công nghệ và khoa học nano trực thuộc hội đồng khoa học và công nghệ quốc gia hay NSF. Mr Roco là cố vấn cao cấp của Quỹ khoa học quốc gia tại Washington. Ông cũng là chủ tịch của Tiểu ban phụ trách vấn đề kĩ thuật công nghệ và khoa học nano trực thuộc hội đồng khoa học và công nghệ Mỹ. CÚC NANO Silicon cacbua là một vật liệu linh hoạt có trong vòng bi hay LED. Nhưng Ho Ghim Wei đã biến nó thành một thứ hoàn toàn khác: những thứ cây và hoa hay đài hoa chưa từng được biết đến trên thế giới. Là một nhà nghiên cứu tại phòng thí nghiệm nano thuộc đại học Cambride của Anh, bà đã đưa ra những hình ảnh như một phần trong công trình nghiên cứu về sự phát triển của sợi nano silic cacbua. Các dây được trồng trên một giọt gali lỏng; một hỗn hợp từ khí metan và hơi silic cacbua. Sau khoảng 20 phút, các giọt ngưng tụ thành một hình thái phức tạp, có dạng tinh thể phân nhánh. Hình dạng chính xác của cấu trúc được điều chỉnh nhờ nhiệt độ và áp suất của hỗn hợp khí. Bông hoa trên ảnh là một đám tinh thể chỉ dài có 1000 nm. Ho cùng với Mark Welland, trợ lý của mình, những sợi nano này có thể chính là cơ sở tạo ra được loại pin mặt trời mới. Vật liệu này thể hiện sự ưu việt của nó như một bề mặt phủ chống nước – nước trôi khỏi bề mặt không hoàn toàn nhẵn khi độ nghiêng ít hơn 5 độ. ( Blackmoon & Nguyen Manh Hung )

true love - tình yêu đích thực

True Love Moses Mendelssohn, the grandfather of the well-known German composer, was far from being handsome. Along with a rather short stature, he had a grotesque hunchback. One day he visited a merchant in Hamburg who had a lovely daughter named Frumtje. Moses fell hopelessly in love with her. But Frumtje was repulsed by his misshapen appearance. When it came time for him to leave, Moses gathered his courage and climbed the stairs to her room to take one last opportunity to speak with her. She was a vision of heavenly beauty, but caused him deep sadness by her refusal to look at him. After several attempts at conversation, Moses shyly asked, "Do you believe marriages are made in heaven?" "Yes," she answered, still looking at the floor. "And do you?" "Yes I do," he replied. "You see, in heaven at the birth of each boy, the Lord announces which girl he will marry. When I was born, my future bride was pointed out to me. Then the Lord added, 'But your wife will be humpbacked.' "Right then and there I called out, 'Oh Lord, a humpbacked woman would be a tragedy. Please, Lord, give me the hump and let her be beautiful.'" Then Frumtje looked up into his eyes and was stirred by some deep memory. She reached out and gave Mendelssohn her hand and later became his devoted wife. Barry and Joyce Vissell Tình yêu đích thực. Moses Mendelssohn, ông nội của nhà soạn nhạc nổi tiếng người Đức, 1 người rất xấu xí. Với vóc dáng khá nhỏ nhắn,ông có 1 cái lưng gù kì cục. Một ngày nọ, ông tới thăm một thương gia ở Hamburg, người có cô con gái xinh đẹp tên là Frumtje. Moses đã rơi vào tình yêu vô vọng với nàng. Ông đã bị từ chối bởi vẻ ngoài quá xấu xí của mình. Đến lúc phải ra đi Moses lấy hết can đảm,leo lên cầu thang tới phòng nàng để có cơ hội cuối cùng nói chuyện với nàng. Nàng là biểu tượng của vẻ đẹp hoàn mĩ kiêu sa, nhưng nàng lại làm ông buồn vô hạn khi từ chối nhìn ông. Sau nhiều nỗ lực để trò chuyện với nàng, Moses bẽn lẽn hỏi: "Nàng có tin rằng hôn nhân được tổ chức trên thiên đường không?" "Có", nàng trả lời, vẫn nhìn xuống sàn. "Thế ông có tin không?" “Có chứ”. Ông trả lời. “Nàng thấy đấy trên thiên đường khi mỗi cậu bé được sinh ra , Chúa sẽ cho cậu ấy biết cô gái mà cậu ấy sẽ kết hôn. Khi tôi được sinh ra, tôi cũng đã được chỉ cho cô dâu tương lai của mình.” Sau đó Chúa lại nói thêm rằng: “Nhưng vợ của con sẽ bị gù lưng”… “Ngay lúc đó, tôi hét lên: Ôi Chúa, một người phụ nữ gù lưng sẽ là một bi kịch. Cầu xin Chúa hãy để con bị gù lưng cho cô ấy được xinh đẹp.” Ông nói xong, nàng Frumtje ngước lên nhìn sâu vào mắt ông, vô cùng xúc động. Nàng rướn người lên, trao cho Mendelssohn đôi tay mình và sau này đã trở thành người vợ chung thuỷ của ông. Barry - Joyce Vissell.