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Molekulare Nanotechnologie beinhaltet die Fähigkeit, Strukturen, die durch physikalische Gesetze erlaubt sind, mit molekularer Präzision aufzubauen. Ich interessiere mich hauptsächlich für die Positionsmontage, bei der es sich um einen deterministischen Prozess handelt, bei dem die in einer Konstruktion verwendeten Komponenten an bekannten Positionen gehalten werden und während der gesamten Konstruktionssequenz den gewünschten physikalischen Zwischenpfaden folgen müssen. Die programmierbare Positionsmontage auf molekularer Ebene ist der zentrale Mechanismus, um sowohl eine hohe Flexibilität als auch ein Höchstmaß an Präzision und Qualität bei der Herstellung zu erreichen. Ein früher Vorschlag für den nächsten logischen F & E-Schritt ist hier, eine technische Bibliographie zur Erforschung der Positionsdiamantmechanosynthese ist hier verfügbar, und das erste Patent, das jemals für die Positionsdiamantmechanosynthese eingereicht wurde, ist hier verfügbar. Der andere Schlüssel zur praktischen molekularen Herstellung ist die Fähigkeit, große Mengen molekular präziser Strukturen herzustellen oder größere Objekte aus einer großen Anzahl molekular präziser kleinerer Objekte zusammenzusetzen – das heißt, sie werden massiv parallel zusammengesetzt. Das Endergebnis dieses Entwicklungsprozesses wird ein grundlegender molekularer Assembler sein, der maschinenphasige Nanotechnologie (z. B. nanoskalige Zahnräder, Streben, Federn, Motoren, Gehäuse) einsetzt, um molekular präzise Diamantoidstrukturen gemäß einer Reihe von Anweisungen zum Aufbau einer gewünschten Spezifität herzustellen Design.

Mit Ralph Merkle habe ich theoretische Analysen möglicher molekularer Assemblersysteme durchgeführt. Ich bin Co-Autor von mindestens zwei technischen Büchern, die die Ergebnisse dieser Forschung beschreiben. Das erste Buch, Kinematic Self-Replicating Machines, wurde im Oktober 2004 veröffentlicht und war direkt bei Landes Bioscience zu einem erheblichen Vorveröffentlichungsrabatt erhältlich. Der zweite Band, Diamond Surfaces and Diamond Mechanosynthesis, ist in Arbeit und soll in den Jahren 2007-2008 veröffentlicht werden. Der dritte Band, Fundamentals of Nanomechanical Engineering, der ursprünglich zusammen mit J. Storrs Hall verfasst wurde, ist noch in Arbeit und wird voraussichtlich 2009-2010 veröffentlicht.

Unsere internationalen Forschungskooperationen, die letztendlich zur Entwicklung einer funktionierenden Nanofabrik führen, sind auf der Nanofactory Collaboration-Website beschrieben.

Kinematische selbstreplizierende Maschinen (Landes Bioscience, 2004). Dieses Buch bietet einen allgemeinen Überblick über die umfangreiche theoretische und experimentelle Literatur in Bezug auf physikalische selbstreplizierende Systeme und Selbstreplikation. Der Schwerpunkt liegt dabei auf selbstreplizierenden Maschinensystemen. Am wichtigsten ist, dass wir uns mit kinematischen selbstreplizierenden Maschinen befassen: Systeme, in denen tatsächliche physische Objekte, nicht nur Informationsmuster, ihre eigene Replikation durchführen. Nach einem kurzen Aktivitätsschub in den 1950er und 1980er Jahren erlangte das Gebiet des Entwurfs kinematischer Replikationssysteme in den 1990er Jahren neues Interesse, da die Machbarkeit der molekularen Nanotechnologie erkannt wurde. Das Gebiet erlebt seit 1999 eine Renaissance der Forschungstätigkeit, da Forscher erkannt haben, dass Replikationssysteme einfach genug sind, um experimentelle Labordemonstrationen von Arbeitsgeräten zu ermöglichen.

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Diamantoberflächen und Diamantmechanosynthese (2008-09, in Vorbereitung). Eine vollständige Analyse der Verwendung der programmierbaren Positionsanordnung zur Synthese der meisten vom physikalischen Gesetz zugelassenen Anordnungen von Atomen wäre derzeit unerschwinglich komplex. Ein überschaubareres Projekt ist die Analyse einer signifikanten Klasse von steifen Kohlenwasserstoffen – insbesondere Diamant -, die möglicherweise mithilfe eines kleinen Satzes positionsgeregelter mechanosynthetischer Werkzeugspitzen synthetisiert werden könnten. Die außergewöhnlichen Eigenschaften von Diamant wie extreme Härte, hohe Festigkeit und Steifigkeit, hohe Wärmeleitfähigkeit, niedriger Reibungskoeffizient, chemische Inertheit und große Bandlücke sind bereits weit verbreitet. Die molekularen Oberflächeneigenschaften von Diamant wurden in den 1990er Jahren sowohl theoretisch als auch experimentell eingehend untersucht. Viele praktische Fragen zur molekularen Struktur von Diamantoberflächen wurden nun geklärt. Die Bereiche Diamant-CVD und Adamantanchemie liefern sowohl experimentelle als auch theoretische Erkenntnisse über die unzähligen Reaktionsmechanismen, die zum Diamantwachstum beitragen können.

Eine technische Bibliographie zur Erforschung der positionsmechanischen Synthese finden Sie hier. Das erste Patent, das jemals für die Mechanosynthese von Positionsdiamanten eingereicht wurde, ist hier erhältlich. Siehe auch die Nanofactory Collaboration-Website für den größeren Kontext dieser Forschung.

Grundlagen des Nanomaschinenbaus (2009-10, in Vorbereitung). Dieses Lehrbuch, das für Studenten des 2. oder 3. Studienjahres in fortgeschrittenen Ingenieurprogrammen gedacht ist, bietet eine solide Grundlage für das praktische Design von Maschinen im molekularen Maßstab, die aus starren kovalenten Festkörpern bestehen, wobei der Schwerpunkt auf Diamant- und Diamantoidmaterialien liegt. Nach einer Einführung in die einzigartigen Aspekte von nanoskaligen Maschinen und einer Überprüfung der derzeit verfügbaren Berechnungswerkzeuge, um solche Konstruktionen zu unterstützen, werden die mechanischen Eigenschaften von Schlüsselmaterialien und die Grundlagen von Belastung, Spannung, Steifheit und mechanischem Versagen in nanoskaligen Maschinen untersucht Detail. Es folgen Diskussionen und Beispiele spezifischer nanomechanischer Komponenten und Verbundmaschinen, darunter Lager, Verbindungselemente, Zahnräder, Gestänge, Antriebsmechanismen, Motoren und Pumpen, mechanische Energieregler, Sensoren und programmierbare Materialien.


Original Webseite: http://www.molecularassembler.com/

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