Albert Einstein doktori disszertációjának részeként, a cukor vízben való diffúziójára vonatkozó kísérleti adatokból, kiszámította egyetlen cukormolekula méretét. Munkája kimutatta, hogy minden egyes molekula átmérője körülbelül egy nanométer. A nanométer a méter milliárdod része, a nanométer a kicsi esszenciája. Tíz egymás mellé fektetett hidrogénatom szélessége egy ezredrésze egy tipikus baktérium hosszának, egy milliomod része egy gombostűfej méretének.
Az orvosbiológiai kutatás és a honvédelem után, - a rák elleni küzdelem és a rakétapajzsok építése még mindig elsőbbséget élvez - a nanotechnológia vált a tudomány és a technológia legintenzívebb tudományágává. Ez a terület egy hatalmas gyűjtőfogalom, amely apró dolgok létrehozásával foglalkozik, amelyek néha történetesen hasznosak. Szabadon kölcsönöz a sűrű anyagfizikából, a mérnöki tudományokból, a molekuláris biológiából, és jelentős részben a kémiából. Azok a kutatók, akik egykor anyagtudósoknak vagy szerves kémikusoknak nevezték magukat, mára nanotechnológusokká váltak.
A purista akadémikusok inkább a mezoskála mérnökeinek neveznék magukat. Valószínűleg a Du Pont "jobb dolgok a jobb életért, a kémia segítségével" vállalati szlogenje óta nem fordult elő, hogy a molekuláris manipulációval foglalkozó tudósok ilyen ügyesen felhívták, és megtartották volna a közvélemény figyelmét, - ebben az esetben a kutatásra szánt pénztárcát kezelő, washingtoni törvényhozók szavazatait. "Új, izgalmas, élvonalbeli, a legmodernebb dolgokkal kell előállni ahhoz, hogy meggyőzzük a költségvetési és politikai döntéshozó apparátust, hogy több pénzt adjon" - jegyzi meg Duncan Moore, a Fehér Ház volt tisztviselője, aki segített megszervezni a Clinton-kormányzat nanotechnológiai finanszírozását.
Az elismeréssel együtt járt a sok pénz is, sok pénz olyasmire, ami nem rakétapajzs. A Bill Clinton elnök által a 2000. év elején bejelentett Nemzeti Nanotechnológiai Kezdeményezés (NNI) egy több ügynökséget tömörítő program, amelynek célja a nanotudomány, és a nanotechnológia nagymértékű finanszírozása. https://en.wikipedia.org/wiki/National_Nanotechnology_Initiative A szeptember 30-án véget ért szövetségi költségvetési évben a 422 millió dolláros költségvetés, 56 százalékos növekedést jelentett az egy évvel korábbihoz képest. A kezdeményezés a 2002-es pénzügyi évben további 23 százalékkal növekedett, még úgy is, hogy a Bush-kormányzat a legtöbb, a kutatást és fejlesztést támogató, szövetségi ügynökség finanszírozási programjainak csökkentését javasolta. A nano-mánia mindenütt virágzik. Több mint 30 nanotechnológiai kutatóközpont és interdiszciplináris csoport alakult az egyetemeken, míg két évvel ezelőtt kevesebb, mint 10 létezett.
A nanotechnológia iránti érdeklődést aberrált módon a futuristák egy szélsőséges csoportjának víziói is táplálják, akik bibliai élettartamról, korlátlan gazdagságról, vagy éppen ellenkezőleg, az Einstein cukormolekuláinál alig nagyobb, ellenőrizhetetlen önmásoló robotok légiói által előidézett holokausztról elmélkednek.
A nanotechnológia hatásai és alkalmazásai
Amikor Clinton egy beszédében bemutatta a nanotechnológiai kezdeményezést, sok víziót, de kevés
 |
Mit jelent a név?
A definíció meghatározása valóban nehézkes. A nanotechnológia egy része nem nano, hanem a mikronos (a méter milliomod része), a nanométernél 1000-szer nagyobb, vagy annál is nagyobb struktúrákkal foglalkozik. Emellett a nanotechnológia sok esetben nem is technológia. Inkább olyan struktúrák alapkutatását jelenti, amelyeknek legalább az egyik dimenziója, egytől néhány száz nanométerig terjed. (Ebben az értelemben Einstein inkább nanotudós volt, mint technológus.) Hogy még több zavart okozzon, a nanotechnológia egy része már régóta létezik: a nanoméretű koromrészecskéket (más néven high-tech korom) már 100 éve alkalmazzák a gumiabroncsoknál erősítő adalékanyagként, jóval azelőtt, hogy a "nano" előtag feltűnt volna. Ami azt illeti, egy vakcina, amely gyakran egy vagy több, nanoméretű fehérjéből áll, szintén megfelelhetne ennek a kritériumnak.
A nanovilág egy furcsa határterület az egyes atomok és molekulák birodalma (ahol a kvantummechanika uralkodik) és a makrovilág (ahol az anyagok ömlesztett tulajdonságai atomok trillióinak kollektív viselkedéséből adódnak, legyen az az anyag akár egy acélgerenda, akár egy Oreo krémtöltelék) között. A legalsó határon, az egy nanométeres tartományban, a nanovilág az anyag alapvető építőköveivel ütközik. Mint ilyen, meghatározza a legkisebb természetes struktúrákat, és kemény határt szab a zsugorodásnak: ennél kisebbet egyszerűen nem lehet építeni.
A természet már évezredek óta létrehozta a nanoszerkezeteket. Mihail C. Roco, a nanotechnológiai kezdeményezést felügyelő NSF-tisztviselő azonban ennél szűkebb meghatározást ad. A feltörekvő terület - az új nanotechnológia a régivel szemben - olyan anyagokkal és rendszerekkel foglalkozik, amelyek a következő kulcsfontosságú tulajdonságokkal rendelkeznek: legalább egy, körülbelül egy és 100 nanométer közötti dimenzióval rendelkeznek, olyan eljárásokkal tervezték őket, amelyek alapvető ellenőrzést gyakorolnak a molekuláris méretű struktúrák fizikai és kémiai tulajdonságai felett, és nagyobb struktúrák kialakítására kombinálhatók. A nanoszerkezetek használata iránti intenzív érdeklődés abból az elképzelésből fakad, hogy - legalábbis elméletben - kiváló elektromos, kémiai, mechanikai vagy optikai tulajdonságokkal büszkélkedhetnek.
A Roco definíciójának megfelelő nano valóban létezik. Több nem mágneses réteget - amelyek közül az egyik kevesebb, mint egy nanométer vastagságú - mágneses rétegek közé beillesztve, a korábbi eszközök érzékenységének sokszorosával rendelkező érzékelőket lehet létrehozni a lemezmeghajtók esetében, ami lehetővé teszi, hogy több bitet lehessen egy-egy lemez felületére felvinni. Ezek az óriási magnetorezisztív fejek 1997-es bemutatásuk óta, a több milliárd dolláros tárolóipar egyik alaptechnológiájaként szolgálnak.
A nanoszerkezetek előállításának, változatos megközelítései jelentek meg a nanovilágban. A szobrászokhoz hasonlóan az úgynevezett felülről lefelé dolgozók vésik ki, vagy adják hozzá az ömlesztett anyagot egy felülethez. A mikrochipek, amelyek ma már alig több mint 100 nanométeres áramköri vonalakkal büszkélkedhetnek, a legjelentősebb példa erre. Ezzel szemben az alulról felfelé építkezők, önösszeszerelési folyamatokat használnak nagyobb struktúrák összeállítására - olyan atomok vagy molekulák, amelyek a megfelelő körülmények között spontán módon létrejött elrendeződéseket hoznak létre. A nanocsövek - szokatlan elektromos tulajdonságokkal rendelkező grafithengerek - jó példái az önszerveződő nanoszerkezeteknek .
A szilíciumon túl
Ha egyszer a hagyományos szilíciumelektronika tönkremegy, az új nanoelektronikai eszközök jó eséllyel a helyükre lépnek.
Jelentős részben az elektronikai chipek áramköreinek csökkenő mérete, hajtja a nano iránti érdeklődést. A nagy kutatólaboratóriumokkal rendelkező számítástechnikai vállalatok, mint például az IBM és a Hewlett-Packard, jelentős nano programokkal rendelkeznek. Amint a hagyományos szilíciumelektronika tönkremegy, - valószínűleg valamikor a következő 10-25 évben - jó eséllyel új nanotechnológiai elektronikai eszközök fogják felváltani őket. Senki sem tudja, hogy a nanocsövek vagy más újszerű anyagok felhasználásával történő elektronikai gyártás, lehetővé teszi-e a chipek teljesítményének töretlen javulását a költségek megfelelő növekedése nélkül, ami a szilícium chipgyártást jellemzi.
A nanotechnológusok által megalkotott elektronika utat találhat olyan eszközökbe, amelyek feltárják a végső kis gép titkait: a biológiai sejtekét. A bio-nano valójában már a szilícium utáni nanokomputerek megjelenése előtt valódi alkalmazásokat talál. Viszonylag kevés félvezető anyagból készült nanocímkére van szükség a sejtaktivitás érzékeléséhez, szemben a tranzisztorok milliárdjaival vagy trillióival, amelyeknek mind együtt kell működniük a nanokomputerek működéséhez. Az egyik cég, a Quantum Dot Corporation máris megjelent, hogy félvezető kvantumpontokat használjon fel címkékként többek között biológiai kísérletekben, gyógyszerkutatásban és diagnosztikai tesztekben.
A 2001-es pénzügyi évben megkezdett Nemzeti Nanotechnológiai Kezdeményezés, (NNI) segít megőrizni az Egyesült Államok versenyképességét a világ kiadásaival. Pénzügyi injekciót nyújt a fizikai tudományok és a mérnöki tudományok számára is, ahol a finanszírozás az élettudományokhoz képest alacsony.
A biológián kívül a termékek legkorábbi hulláma, magában foglalja a nanorészecskék felhasználását az alapanyag tulajdonságainak javítása érdekében. Például a Nanophase Technologies, amely ezen a területen a nyilvánosan forgalmazott kevés cég egyike, nanoméretű cink-oxid részecskéket gyárt napvédő krémekben való felhasználásra, átlátszóvá téve az általában fehér színű krémet, mert az apró részecskék nem szórják szét a látható fényt.
A kormány nanotechnológiai kezdeményezése túlmutat a napvédő krémen. Azt tervezi, hogy a nanostrukturált anyagok segíthetnek csökkenteni az űrhajók méretét, súlyát és teljesítményigényét, olyan zöld gyártási folyamatokat hozhatnak létre, amelyek minimalizálják a nem kívánt melléktermékek képződését, és a molekulárisan előállított, biológiailag lebomló peszticidek alapját képezik. A terület olyan széles körű, - és az alapkutatások még mindig olyan újak egyes nanoszubkultúrákban - hogy aggályok merültek fel azzal kapcsolatban, hogy képes-e megvalósítani olyan ambiciózus technológiai célokat, amelyek elérése 20 évet vehet igénybe. "Noha a nanotechnológia nagyon ígéretes lehet, egyes tudósok szerint a terület meghatározása túl homályos" - jegyezte meg egy kongresszusi kutatószolgálat tavalyi jelentése.
Minden fejlett kutatás kockázatokkal jár. A nanotechnológia azonban különleges terhet jelent. A terület tekintélyt parancsoló törekvéseit az is befolyásolja, hogy a szót a futuristák egy csoportjával hozzák összefüggésbe, akik a nanotechnológiát egy techno-utópiához vezető útként látják: páratlan jólét, környezetszennyezés mentes ipar, sőt, még az örök élethez hasonló valami is.
A nanotechnológia tiszteletre méltóvá tételére irányuló törekvését az színesíti, hogy a szót a futuristák
1986-ban - öt évvel azután, hogy Gerd Binnig és Heinrich Rohrer, az IBM kutatói feltalálták a pásztázó alagútmikroszkópot, amiért Nobel-díjat kaptak - K. Eric Drexler „A teremtés motorjai” című könyve, szenzációt keltett az anyag feletti isteni irányítás ábrázolásával. A könyv olyan önreprodukáló nanomasinákat ír le, amelyek gyakorlatilag bármilyen anyagi javat képesek előállítani, miközben visszafordítják a globális felmelegedést, gyógyítják a betegségeket, és drámaian meghosszabbítják az élettartamot. A professzori állásokkal és NSF-ösztöndíjakkal rendelkező tudósok nevetségessé tették ezeket a víziókat, megjegyezve, hogy alapvető valószínűtlenségük miatt a jövő abszurd előrejelzései.
A nanotechnológiát azóta is körüllengő látomásos légkör, azonban beláthatatlan előnyökkel járhat. Sok nem tudós számára Drexler nanotechnológiára vonatkozó előrejelzései, meggyőző módon a tudomány és a fikció határán mozogtak. A sejtjavító gépekről szóló beszédek, amelyek megszüntetnék az öregedést, ahogyan azt ismerjük, és az otthoni élelmiszer-termesztő gépekről, amelyek képesek lennének élelmiszert termelni anélkül, hogy bármit is megölnének, segítettek megteremteni a kicsiség iránti rajongást, amelyet a valódi tudósok később - tudatosan vagy sem - arra használtak, hogy felhívják a figyelmet a hétköznapibb, de sokkal valóságosabb projekteken végzett munkájukra. Egy kutatási javaslatot "nanotechnológiának" nevezni bizonyára csábítóbb hangzású, mint "alkalmazott mezoszintű anyagtudománynak".
Közvetetten Drexler munkája valóban odavonzhatja az embereket a tudományhoz. Elképzelései gazdag tudományos-fantasztikus műveket megihlettek. A tudományos-fantasztikus irodalom egyik alműfajaként, - és nem a jövő szó szerinti megjóslásaként - a Drexler nanotechnológiájáról szóló könyvek ugyanazt a funkciót tölthetik be, mint a Star Trek: felkelthetik a tinédzserek érdeklődését az űr iránt, amely szenvedély néha a repülés vagy az asztrofizika területén elért karrierhez vezet.
A veszély akkor áll fenn, ha az intelligens emberek szó szerint veszik Drexler jóslatait. A drexleri nanotechnológia tavaly újból nyilvánosságot kapott, amikor a morózus Bill Joy, a Sun Microsystems vezető tudósa, a Wired magazinban aggodalmát fejezte ki, a kontrollálatlanul szaporodó nanorobotok következményei miatt. Az önreprodukáló robotok terjedő tömege - amit Drexler "szürke gócnak" nevezett - elég nagy veszélyt jelenthet a társadalomra, hogy megfontoljuk a nanotechnológia fejlesztésének leállítását. Ez a javaslat azonban eltereli a figyelmet a valódi nano veszélyről: a vegyi és biológiai fegyverekről.
A tudomány még messze van attól, hogy képes legyen olyan nanoszkopikus gépeket előállítani, amelyek segítségével a fagyott agyakat feléleszthetjük a felfüggesztett életműködésből. A Zyvex, a Drexler nanotechnológiája által elcsábított szoftvermágnás által alapított vállalat felismerte, hogy milyen nehéz lesz nanométeres méretű robotokat létrehozni; a vállalat most sokkal nagyobb mikromechanikai elemekkel próbálkozik, melyeket Drexler a könyveiben lenézett.
A nanotechnológia még a szürke góról szóló elmélkedéseken túl is küzd az elfogadásért. A kutatások egy része a megbélyegzéstől függetlenül folytatódott volna. A "nano" és a "technológia" összevonása utólagos elnevezés volt.
Ahhoz, hogy a terület az alkalmazott tudományok nagyszerű egyesítőjeként érvényesülhessen, be kell bizonyítania, hogy hasznos a nagymértékben eltérő törekvések csoportosítása. Vajon a napvédőszerekhez használt nano porok kutatásával foglalkozó tudósok és mérnökök megosztják-e közös érdekeiket a DNS-számítástechnikán dolgozó tudósokkal és mérnökökkel? Bizonyos esetekben ezek a keresztező álmok indokoltak lehetnek. Az eredetileg az elektronika számára kifejlesztett, és most a sejtek biológiai aktivitásának kimutatására alkalmazott félvezető kvantumpont, meggyőző elvi bizonyíték az ilyen típusú transzdiszciplináris törekvésekre.
Ha a nano koncepció megállja a helyét, akkor valójában egy új ipari forradalom alapjait teremtheti meg. A sikerhez azonban nem csak a mélyhűtőből holttesteket visszahozó nanorobotokról szóló pletykákat kell elvetni, hanem a túlfűtött retorikát is, amely minden nagyszabású új finanszírozási erőfeszítést kisiklathat. A legfontosabb, hogy a nanotudományos alapismereteknek is rendelkezésre kell állniuk ahhoz, hogy azonosítani lehessen a követendő nanotechnológiákat. Nem kis feladat lesz a nanotechnológiában a valós, és a nem valós dolgok megkülönböztetése a felfedezések ezen időszakában.
Nincsenek megjegyzések:
Megjegyzés küldése