του Kai Wou, από το Άρδην τ. 24, Μάρτιος-Απρίλιος 2000

Νανοτεχνολογία: Η επόμενη βιομηχανική επανάσταση

Φαντασθείτε μια τεχνολογία τόσο ισχυρή που θα επιτρέπει αληθινά θαύματα: Βιομηχανική παραγωγή στο σπίτι σας, επισκευή κυττάρων, τεχνητή νοημοσύνη, φτηνά διαστημικά ταξίδια, καθαρή και άφθονη ενέργεια και αποκατάσταση του περιβάλλοντος.

Μια τεχνολογία τόσο εύπλαστη που ο καθένας θα μπορεί να γευτεί τα οφέλη της, τόσο θεμελιακή που θα αλλάξει ριζικά τα οικονομικά και πολιτικά συστήματά μας, τόσο επικείμενη που οι περισσότεροι από εμάς θα δούμε τον αντίκτυπο της στη διάρκεια της ζωής μας. Αυτή είναι η υπόσχεση της νανοτεχνολογίας. Η νανοτεχνολογία ή ακριβέστερα η μοριακή βιομηχανική παραγωγή βασίζεται στην ιδέα ότι οποιαδήποτε χημικά γνωστή δομή συνεπής προς τους νόμους της φύσης μπορεί να κατασκευαστεί. Ως βιομηχανική διαδικασία “εκ των κάτω προς τα άνω”, η νανοτεχνολογία αντιπροσωπεύει μια ριζοσπαστικά διαφορετική προσέγγιση από όλες τις προηγούμενες τεχνολογίες. Κάθε επιθυμητό αντικείμενο ή δομή θα δημιουργείται άτομο προς άτομο, αντίθετα από τις υπάρχουσες τεχνολογίες χονδροειδούς μαζικής διαμόρφωσης της ύλης. Η ικανότητα να συναρμολογούμε δομές στο ατομικό επίπεδο θα απαιτήσει την ανάπτυξη των μοριακών συναρμολογητών, δηλαδή μικροσκοπικών προγραμματιζόμενων ρομπότ ικανών να προσφέρουν επακριβείς χημικούς δεσμούς. Εξοπλισμένοι με τη δυνατότητα αναπαραγωγής, οι νανο-συναρμολογητές θα διαθέτουν μοναδική αποτελεσματικότητα για τη δημιουργία επιθυμητών προϊόντων και θα κρατούν έτσι το κόστος παραγωγής πολύ χαμηλά – λίγο παραπάνω από το κόστος της ενέργειας και των πρώτων υλών. Αυτές οι γρήγορες, φτηνές και επακριβείς, σε επίπεδο ατόμων, βιομηχανικές δυνατότητες θα έχουν συγκλονιστικές επιπτώσεις στο κοινωνικό επίπεδο και θα ανοίξουν την πόρτα σε αδιανόητα μέχρι σήμερα ενδεχόμενα. Αλλά και σε νέους, ίσως, εφιάλτες. “Έγώ, ένα άτομο στο σύμπαν, ένα σύμπαν ατόμων…” Ο μακαρίτης νομπελίστας Richard Feynman είπε κάποτε ότι αν ένας κατακλυσμός εξαφάνιζε όλη την επιστημονική γνώση και άφηνε μόνο μια φράση, η φράση αυτή θα ήταν: “Όλα τα πράγματα γίνονται από άτομα -μικρά σωματίδια που περιστρέφονται ατέρμονα, ελκύοντας το ένα το άλλο όταν βρίσκονται σε μια μικρή απόσταση, αλλά απωθώντας το ένα το άλλο όταν εφάπτονται”. Με λίγη έμπνευση και φαντασία, η συμπύκνωση αυτή της ατομικής θεωρίας προσφέρει έναν απίστευτο όγκο πληροφοριών για τον κόσμο μας. Η ατομική θεωρία είναι μια ιδέα εξαιρετικά κρίσιμη και βασική για την επιστήμη που τη θεωρούμε πλέον αυτονόητη. Εντούτοις, κατά το μεγαλύτερο μέρος της ανθρώπινης ιστορίας αγνοήθηκε ή και γελοιοποιήθηκε ακόμα από πολλούς στοχαστές, όπως ο Αριστοτέλης. Ακόμα και σήμερα, παρά το γεγονός ότι μας περιβάλλει μια τεχνολογία που βασίζεται στη γνώση και χρήση των ατόμων, μερικοί πιστεύουν επίμονα ότι τα άτομα είναι απλώς μια θεωρία και ένα άρθρο πίστεως. Τα άτομα δεν είναι μια μοντέρνα ιδέα. Πριν από δυόμισι χιλιάδες χρόνια και περισσότερο, ο Έλληνας φιλόσοφος Λεύκιππος ήταν ο πρώτος που υπέδειξε ότι όλα τα πράγματα γίνονται από άτομα. “Άτομο” στα ελληνικά σημαίνει “άτμητο”. Τα λίγα που γνωρίζουμε για τον Λεύκιππο διασώθηκαν από τα γραπτά του Δημοκρίτου, ο οποίος υποστήριζε: “Τίποτα άλλο δεν υπάρχει παρά μόνο τα άτομα και το κενό”. Ο Δημόκριτος βάσισε την πρώιμη ατομική θεωρία του σε παρατηρήσεις, λογικά συμπεράσματα και πειράματα σκέψης. Υποστήριζε, παραδείγματος χάρη, ότι το μαχαίρι μπορούσε να κόβει μόνο και μόνο επειδή υπήρχαν κενά στο υλικό που φτιάχνει τα προς κοπή αντικείμενα. Εφ’ όσον δεν μπορούμε να δούμε τέτοια κενά, κατέληγε στο συμπέρασμα ότι το αντικείμενο απαρτίζεται από μικροσκοπικά, αόρατα άτομα και κενό χώρο ανάμεσά τους, απ’ όπου μπορούσε να περνάει το μαχαίρι για να κόψει. Δυστυχώς, μετά την “ελληνική έκρηξη” στη φιλοσοφία και την επιστήμη, το έργο του Δημόκριτου και των άλλων ατομικών φιλοσόφων ξεχάστηκε από μια απαθή Ρωμαϊκή Αυτοκρατορία και έναν προληπτικό Μεσαίωνα αργότερα. Η ατομική θεωρία, μαζί με άλλες ιδέες όπως το ηλιοκεντρικό σύμπαν και η κυκλοφορία του αίματος, επανήλθε μόνο κατά την Αναγέννηση.

Οι μεγάλες επιτυχίες της σημερινής επιστήμης και μηχανικής είναι στενά δεμένες με την αυξανόμενη κατανόηοη του σύμπαντος σε ολοένα και μικρότερες κλίμακες. Η ηλεκτρονική, οι κομπιούτερ, η βιοτεχνολογία, ο σχεδιασμός φαρμάκων και ένας τεράστιος αριθμός λιγότερο δραματικών εφευρέσεων, όλα αυτά βασίζονται στη γνώση της κβαντομηχανικής και των ηλεκτρικών δυνάμεων ανάμεσα στα άτομα και τα μόρια. Παρ’ όλα αυτά, ο ατομικός μικρόκοσμος παραμένει μυστηριώδης μόνο και μόνο επειδή απέχει έξι ή επτά τάξεις μεγέθους από την ανθρώπινη αντιληπτική ικανότητα. Τα μάτια μας μπορούν να διακρίνουν λεπτομέρειες χιλιοστομετρικής κλίμακας (10-3m), αλλά τα μόρια βρίσκονται στη νανομετρική κλίμακα (10-9m) και τα άτομα είναι ακόμα μικρότερα και βρίσκονται στην κλίμακα άνγκστρομ (10-10m). Το μεσαίο νανομετρικό έδαφος (10-9m) θεωρείται η περιοχή της ύλης. Η οργάνωση της ύλης έχει συχνά μεγάλη σημασία, αν και σπάνια το λαμβάνουμε αυτό υπ’ όψη μας. Σκεφθείτε, όμως, ότι τα άτομα του άνθρακα όταν είναι τοποθετημένα κατά έναν τρόπο μας δίνουν τον φτηνό κοινό γραφίτη, ενώ με μια διαφορετική τοποθέτηση φτιάχνουν πολύτιμα διαμάντια. Το αρσενικό μόνο του αποτελεί θανάσιμο δηλητήριο, αλλά ενσωματωμένο στην κρυσταλλική δομή του γαλλίου αποτελεί τη βάση ακριβών ημιαγωγών. Τα PCB και άλλα τοξικά απόβλητα μπορούν να γίνουν αβλαβή ή ακόμα και να ανακυκλωθούν σε χρήσιμες ύλες αν ανασυντεθεί η μοριακή δομή τους. Λίγα άτομα που απουσιάζουν από ένα ένζυμο ή μερικές λανθασμένες βάσεις στο γενετικό σας κώδικα μπορούν να δημιουργήσουν χάος στην υγεία σας. Έτσι, η ανακατάταξη και ο ανασυνδυασμός των ατόμων έχει κρίσιμη και ρυθμιστική σημασία για την ανθρώπινη ζωή. Κάτω απ’ αυτό το φως, μπορεί κανείς να δει τις δυνατότητες της νανοτεχνολογίας, η οποία μας προσφέρει τον τελικό έλεγχο πάνω στην ύλη.

Το αναποδογύρισμα της τεχνολογικής πυραμίδας

Μέχρι σήμερα, όλες σχεδόν οι τεχνολογίες μας ανήκουν στην κατηγορία “εκ των άνω προς τα κάτω” ή χονδρικής διαμόρφωσης της ύλης. Δηλαδή,

οι πρώτες ύλες ανασύρονται με μεγάλο κόστος από μεταλλεία, δάση ή χωράφια, μεταφέρονται σε χυτήρια, αποστακτήρες και άλλα κέντρα κατεργασίας και ύστερα σε εργοστάσια για να συναρμολογηθούν σε προϊόντα πριν διανεμηθούν στις αγορές. Σε κάθε φάση, η ύλη καθαρίζεται, κόβεται, λιώνεται, αποστάζεται και γενικά υφίσταται μια όλο και λεπτότερη κατεργασία. Και κάθε φάση κοστίζει συνήθως πιο ακριβά από την προηγούμενη, ενώ προκαλεί περιβαλλοντική καταστροφή στη γη και τα οικοσυστήματα με τα συνήθη απόβλητά της.

Η νανοτεχνολογία, από την άλλη πλευρά, είναι μια τεχνολογία “εκ των κάτω προς τα άνω”. Κάθε επιθυμητό προϊόν μπορεί να παραχθεί κατευθείαν, άτομο προς άτομο ή μόριο προς μόριο. Οι αναγκαίες πρώτες ύλες και η ενέργεια δεν χρειάζεται να συγκεντρωθούν από μακρινές πηγές. Αντίθετα, κάθε πρόσφορο υλικό, όπως χώμα, σκουπίδια ή και αέρας, μπορεί να διασπαστεί στα συστατικά του άτομα και να ανασυντεθεί σε χρήσιμα προϊόντα με τους μοριακούς συναρμολογητές της νανοτεχνολογίας. Ο ήλιος και πολλά βιολογικά υλικά μπορούν να γίνουν πηγές ενέργειας, επιτρέποντας έτσι την απεξάρτηση από το επικίνδυνο πετρέλαιο ή το ουράνιο.

Η νανοτεχνολογία ως όρος συγχέεται συχνά με τη σύγχρονη τεχνολογία της μικρολιθογραφίας και πολλές φορές με τη βιοτεχνολογία. Η μικρολιθογραφία, αν και σ’ αυτήν οφείλεται η εκπληκτική και ολοένα πιο μικροσκοπική σμίκρυνση των ολοκληρωμένων κυκλωμάτων, απέχει πολύ από τις αναμενόμενες δυνατότητες της νανοτεχνολογίας. Αν και μπορεί να δημιουργεί δομές στο επίπεδο των μικρών, δηλαδή των χιλιοστών του χιλιοστού (10-6m), οι οποίες χρησιμοποιούνται σήμερα στους κομπιούτερ, συνεχίζει να είναι μια προσέγγιση “εκ των άνω προς τα κάτω” η οποία συνεπάγεται την μη επακριβή κατεργασία τρισεκατομμυρίων ατόμων κάθε φορά. Οι σύγχρονες μικρομηχανές και τα άλλα προϊόντα της μικρολιθογραφίας απέχουν τρεις ολόκληρες τάξεις μεγέθους από τη νανοτεχνολογία -εννέα τάξεις μεγέθους, αν σκεφθεί κανείς ότι η νανοτεχνολογία είναι μια διαδικασία τριών διαστάσεων, ενώ η μικρσλιθογραφία είναι βασικά μια τεχνολογία επιπέδου (δύο διαστάσεων). Η βιοτεχνολογία, από την άλλη πλευρά, μπορεί να θεωρηθεί σαν μια πολύ χονδροειδής μορφή νανοτεχνολογίας, επειδή χρησιμοποιεί ένζυμα και άλλες φυσικές μοριακές “μηχανές”, αλλά οι μοριακοί συναρμολογητές της νανοτεχνολογίας θα έχουν τελείως διαφορετική μορφή και λειτουργία.

Μοριακά ρομπότ

Τι είναι, λοιπόν, η νανοτεχνολογία; 0α περιγράψουμε εδώ μερικά από τα κύρια χαρακτηριστικά της.

/ Η νανοτεχνολογία θα είναι επακριβής σε επίπεδο ατόμων, δηλαδή ο,τιδήποτε κατασκευασμένο με νανοτεχνολογία θα πρέπει να έχει κάθε άτομο στη σωστή θέση.

/ Η νανοτεχνολογία θα είναι σε θέση να φτιάχνει δομές συνεπείς προς τους νόμους της φυσικής, τις οποίες θα καθορίζουμε στο επίπεδο της ατομικής λεπτομέρειας.

/ Τα προϊόντα της νανοτεχνολο-γίας θα είναι φτηνά, με ένα συνολικό κόστος σχεδόν ίσο με τις ποσότητες ύλης και ενέργειας που θα χρησιμοποιείται. Για να μπορούν να ικανοποιούνται τα τρία αυτά κριτήρια, χρειαζόμαστε επακριβή έλεγχο θέσης και αυτο-αναπαραγωγή. Οι γενικοί μοριακοί συναρμολογητές, που πρώτος διατύπωσε ο Δρ. Eric Drexler (ο κυριότερος υποστηρικτής της νανοτεχνολογίας), θα τα προσφέρουν και τα δύο. Στην πιο στοιχειώδη του μορφή, ένας συναρμολογητής θα αποτελείται από ένα μοριακό βραχίονα χειρισμού και ένα νανο-κομπιούτερ. Ο προγραμματιζόμενος νανο-κομπιούτερ θα είναι σε θέση να δέχεται εντολές και να κατευθύνει τον βραχίονα χειρισμού για να τοποθετήσει το σωστό άτομο (ή μόριο) στην επιθυμητή θέση με τον επιδιωκόμενο προσανατολισμό, προσφέροντας έτσι επακριβή έλεγχο ως προς τα σημεία των χημικών αντιδράσεων. Συνδέοντας άτομα ή μόρια μεταξύ τους, ο συναρμολογητής θα μπορεί να προσφέρει την οποιαδήποτε αναγκαία ενέργεια (αν η αντίδραση συμβαίνει να μην είναι ενεργειακά ισχυρή) μέσω φυσικής δύναμης, εξασφαλίζοντας έτσι μηχανοσύνθεση, σε αντίθεση με τους παραδοσιακούς τρόπους χημικής σύνθεσης σε διαλύμα-

τα. Στην πραγματικότητα, ένας μοριακός συναρμολογητής μπορεί να θεωρηθεί ως ο τελικός χημικός καταλύτης, που θα μπορεί να προκαλέσει οποιαδήποτε φυσικώς επιτρεπτή χημική αντίδραση. Η ικανότητα αυτή, συνδυασμένη με ένα χημικώς αποδεκτό υπόδειγμα, θα επιτρέπει να κατασκευαστούν άτομο προς άτομο και μόριο προς μόριο μεγάλες δομές με υψηλή ατομική ακρίβεια. Εξίσου σημαντική θα είναι η ικανότητα των συναρμολογητών να κατασκευάζουν αντίγραφα του εαυτού τους, γεγονός που θα μειώνει δραματικά τον χρόνο και το κόστος της παραγωγής.

Με τι θα μοιάζει έ νας συναρμο-λογη

της;

Πόσο μεγάλος θα είναι ; Ποια θα είναι τα μέρη του; Αν και δεν έχουμε ακόμα τα τεχνολογικά μέσα για την κατασκευή συναρμολογητών, μπορούμε να έχουμε μια πολύ καλή ιδέα για τη μορφή και τη λειτουργία του τελικού προϊόντος. Και τούτο επειδή ο σχεδιασμός και η εν καιρώ κατασκευή συναρμολογητών και άλλων προϊόντων νανοτεχνολογίας δεν προϋποθέτουν κάποιους νέους βασικούς νόμους της φύσης, μόνο νέες τεχνικές και τεχνολογία που λειτουργεί σε ολοένα και μικρότερη κλίμακα (παρ’ όλα αυτά, θα χρειαστεί αρκετή σκληρή δουλειά στο άμεσο μέλλον). Είναι έτσι δυνατό να σχεδιάσουμε με ακρίβεια μοντέλα δομών μοριακής κλίμακας σε κομπιούτερ χρησιμοποιώντας τους γνωστούς νόμους της χημείας και της φυσικής. Ήδη έχει γίνει πολλή δουλειά θεωρητικής νανομηχανικής. Ο Drexler και άλλοι έχουν συνεισφέρει πολλά μοριακά σχέδια σε κομπιούτερ για τα συστατικά των συναρμολογητών, όπως μοριακοί ταξινομητές, γρανάζια, σύνδεσμοι, ρουλεμάν, κινητήρες, μηχανικές λογικές πύλες, αποθηκευτικά μέσα κ.λπ.

Τα περισσότερα απ’ αυτά τα σχέδια χρησιμοποιούν άτομα άνθρακα, οξυγόνου, υδρογόνου και αζώτου, καθώς επίσης και διαμάντι που είναι η προτιμώμενη βάση της δομής. 0 άνθρακας είναι ιδιαίτερα δημοφιλής λόγω της αφθονίας και πολυμορφίας του. Με άνθρακα μπορούμε να κάνουμε ο,τιδήποτε, από ελαφρύ και άκαμπτο διαμάντι μέχρι μακριές εύκαμπτες αλυσίδες και μια απεριόριστη ποικιλία ενδιάμεσων μορφών. Επειδή ο άνθρακας είναι το προτιμώμενο άτομο για τις πιο πολύπλοκες μηχανές της φύσης, τη ζωή, δεν πρέπει να μας εκπλήσσει ότι τον προτιμούν στα σχέδια τους και οι μοριακοί μηχανικοί. Πολλά από τα σχέδια αυτά θα μας φανούν παραδόξως οικεία, σαν ξαδερφάκια μοριακής κλίμακας των συνηθισμένων μακροσκοπικών εξαρτημάτων. Και τούτο δεν είναι τυχαίο, καθώς πολλές από τις ιδιότητες των μακρο-μηχανών, όπως η αντοχή, η παραμόρφωση, η ισχύς, η ακαμψία κλπ., μπορούν να κλιμακώνονται εξίσου καλά στο νανόκοσμο, επιτρέποντας έτσι την εφαρμογή γνωστών σχεδιαστικών αρχών. Με βάση αυτά τα μοντέλα και σχέδια, έχουν γίνει μερικοί αρχικοί υπολογισμοί του μεγέθους και της μάζας των μοριακών συναρμολογητών. 0 μικρότερος συναρμολογητής που έχει σχεδιαστεί υπολογίζεται ότι θα έχει μάζα στο επίπεδο των δεκάδων εκατομμυρίων amu (μονάδες ατομικής μάζας). Σ’ αυτό περιλαμβάνεται η μάζα του βραχίονα καθώς και του νανοκομπιούτερ. Τα συνηθέστερα σχέδια υπολογίζεται ότι θα έχουν μεγαλύτερη μάζα. Ένας βασικό κυλινδρικός νανοβραχίονας με μήκος 10Onm, διάμετρο 30nm και περιστρεφόμενους πολλαπλούς αρμούς θα έχει βάρος περίπου 10 εκατομμύρια amu ή λιγότερο. Ένας βραχίονας

από συμπαγές διαμάντι με τις ίδιες διαστάσεις θα ζυγίζει γύρω στα 16 εκατομμύρια amu. Ένας βασικός νανο-κομπιούτερ που θα βασίζεται στη μηχανική λειτουργία λογικών ράβδων, όπου ένας αριθμός λογικών ράβδων θα δημιουργεί ένα μηχανικό διακόπτη (λειτουργικό αντίστοιχο του τρανζίστορ) και κάθε διακόπτης θα καταλαμβάνει χώρο 20 κυβικών νανομέτρων, θα έχει συνολικό όγκο περίπου 200 χιλιάδων κυβικών νανομέτρων. Ο χώρος αυτός είναι αρκετός για 10 χιλιάδες περίπου διακόπτες, δηλαδή ο νανο-κομπιούτερ αυτός θα είναι του επιπέδου ενός 8-μπιτου κανονικού κομπιούτερ. Προσθέτοντας τα αναγκαία συστήματα αργής (βασισμένης σε λογικές ράβδους) και ταχείας (ατομική ταινία) μνήμης, πιθανής χωρητικότητας 1 KB και 10ΟΚΒ αντίστοιχα, έχουμε για το νανο-κομπιούτερ μια συνολική μάζα εκατοντάδων εκατομμυρίων amu. Έτσι, ο πλήρης συναρμολογητής, με βραχίονα και πολλαπλούς ακροδέκτες (για να συγκρατεί διαφορετικά άτομα και μόρια), κομπιούτερ, πηγή ενέργειας, σύστημα ταξινόμησης και σασί, θα έχει βάρος της τάξεως των δισεκατομμυρίων amu. 0α βρίσκεται δηλαδή κάπου ανάμεσα στη μάζα ενός ριβοσώματος και ενός βακτηριδίου, που ζυγίζουν περίπου ένα εκατομμύριο και ένα τρισεκατομμύριο amu αντίστοιχα. Πρέπει λογικά να περιμένουμε ότι και το μέγεθος του συναρμολογητή θα βρίσκεται κάπου στη μέση. Λόγω του μικρού μεγέθους τους, οι συναρμολογητές θα λειτουργούν ταχύτατα, στο επίπεδο του ενός εκατομμυρίου λειτουργιών το δευτερόλεπτο. Πώς θα λειτουργούν οι συναρμολογητές, μόνοι τους και σε συνεργασία; Και εδώ πάλι, η ιδέα της κλίμακας έχει κρίσιμη σημασία και ο ευκολότερος τρόπος για να τους δούμε εν λειτουργία είναι να τους φανταστούμε σαν μικροσκοπικά εργοστάσια. Οι συναρμολογητές, ενδεχομένως βυθισμένοι σε κάποιο προετοιμασμένο μπάνιο συστατικών μορίων, θα συγκεντρώνουν το μόρια της πρώτης ύλης, θα τα ταξινομούν και ύστερα θα τα μεταφέρουν με μοριακά συστήματα μεταφοράς στο βραχίονα νανοχειρισμού, όπου θα μπορούν να τα τοποθετούν στη θέση τους και θα δεσμεύουν τα άτομα ή τα μόρια στην υπό κατασκευή δομή – μια λειτουργία ανάλογη με εκείνη των ρομποτικών ηλεκτροκολλητών σε ένα σημερινό εργοστάσιο. Οι συναρμολογητές θα μπορούν επίσης να τοποθετούνται και με έναν άλλο οικείο τρόπο, τη γραμμή παραγωγής, όπου χιλιάδες και χιλιάδες απ’ αυτούς θα παρατάσσονται εν παραλλήλω, προσθέτοντας άτομα και ολόκληρα μόρια σε κάθε βήμα και φτιάχνοντας αμέτρητα μοριακά εξαρτήματα, όπως λογικές ράβδους (μηχανικές λογικές πύλες) ή ολοκληρωμένα μοριακά συστήματα γραναζιών σε ελάχιστα δευτερόλεπτα. Υπάρχουν και άλλες ιδέες για το πώς θα πρέπει να οργανωθούν οι συναρμολογητές. 0 Drexler, παραδείγματος χάρη, προτείνει ένας μικρός αρχικός αριθμός συναρμολογητών να δημιουργεί το σκελετό της δομής και πάνω σ’ αυτό το σκελετό να χτίζουν οι άλλοι συναρμολογητές, “ντύνοντας” έτσι το τελικό προϊόν μόριο προς μόριο.

Να ξεχωρίσουμε το δυνατό από το αδύνατο

Πολλά ερωτήματα προκύπτουν όταν πρωτοσυναντά κάποιος τις ιδέες της νανοτεχνολογίας και των μοριακών συναρμολογητών. Ως προς το ερώτημα της δυνατότητας υλοποίησής τους, αξίζει να θυμόμαστε ότι η βιολογία λειτουργεί δισεκατομμύρια χρόνια με φυσικώς εξελιγμένη μοριακή παραγωγή. Η νανοτεχνολογία θα είναι μια εξέλιξη και επέκταση του πώς εργάζεται η φύση σε μοριακή κλίμακα. Τα παραδείγματα της φύσης (εμείς οι ίδιοι, ας πούμε) δίνουν τις απαντήσεις σε πολύ βασικά ερωτήματα όπως: Μπορούν να δομηθούν μακροσκοπικά αντικείμενα από διαδικασίες μοριακής κλίμακας; Ναι, μπορούν χάρη στην ασυμπτωτική ανάπτυξη. Είναι σταθερά τα μοριακά αντικείμενα; Ευτυχώς για μας, είναι. Τι γίνεται με τα κβαντικά φαινόμενα; Είναι σαφές ότι δεν αποκλείουν τις μοριακές δομές. Στην πραγματικότητα, ίσως μας βοηθήσουν να φτιάξουμε εξαιρετικά γρήγορους ηλεκτρικούς νανο-κομπιούτερ, αντί των απλούστερων μηχανικών που μελετούμε σήμερα, όταν θα έχουμε μπει για τα καλά στην εποχή της νανοτεχνολογίας.

Η πρώτη κρίσιμη εξέλιξη που απαιτείται είναι η ανάπτυξη του γενικού μοριακού συναρμολογητή που περιγράψαμε πιο πάνω. Ένα πιθανό σενάριο είναι ότι αρχικά θα κατασκευάσουμε απλά μηχανικά εξαρτήματα, ύστερα θα τα συνδυάσουμε σε ένα όλο και πιο πολύπλοκο σύνολο μέχρι ότου φτάσουμε στον συναρμολογητή. Τα βασικά εξαρτήματα, όπως μοριακές ράβδοι, γρανάζια, ρουλεμάν και σύνδεσμοι, κατά πάσα πιθανότητα θα πρωτογίνουν μέσω της χημείας και της μηχανικής πρωτεϊνών και θα συναρμολογηθούν κατόπιν με ακρίβεια μέσω της τεχνολογίας αναλύσεων εξ επαφής. Κάποιος συνδυασμός των τριών αυτών τεχνολογιών, σε συνεργασία με άγνωστες ακόμα εξελίξεις, δείχνει να είναι ο πιθανός δρόμος για τον γενικό συναρμολογητή. Ίσως φαίνεται περίεργο ότι ο στόχος, ο συναρμολογητής, μπορεί να περιγράφεται τόσο καθαρά, ενώ ο δρόμος παραμένει ασαφής. Αλλά η νανοτεχνολογία βρίσκεται σε μια θέση όπου δεν χρειάζεται να ανακαλυφθεί καμιά καινούργια βασική αρχή, μόνο νέες τεχνικές και βελτιώσεις χρειάζονται.

Η νανοτεχνολογία θα είναι το αποκορύφωμα ενός επίμονου στόχου της τεχνολογίας: Αυξανόμενος έλεγχος πάνω στην ύλη με ολοένα και καλύτερα εργαλεία, από την κατεργασία του λίθου μέχρι τη λιθογραφία ακτινών Χ. Εξετάζοντας αυτή την τάση της τεχνολογίας, η νανοτεχνολογία φαίνεται αναπόφευκτη. Όπως είπε ο Feynman στην προφητική του ομιλία το 1959, “Υπάρχει πολύ χώρος στον πάτο”. Αισθανόταν ότι η ικανότητα μας να κάνουμε κάτι τέτοιο είναι “μια εξέλιξη που δεν νομίζω ότι μπορούμε να αποφύγουμε”.

Η ύλη έχει σημασία

Για να αρχίσετε να αξιολογείτε τη δύναμη της νανοτεχνολογίας, ρίξτε μια προσεκτική ματιά γύρω σας. Εκτός και αν είσθε αστροναύτης, παντού υπάρχει ύλη, ορατή ή αόρατη, βαριά ή ελαφριά, προϊόν της φύσης ή των εργαλείων μας, σε χαοτικό ανακάτεμα ή σε πολύ ραφιναρισμένα προϊόντα. Κάθε τεχνολογία είναι χειρισμός ύλης και ατόμων. Ακόμα και η χρήση της ενέργειας προύποθέτει το ραφινάρισμα της ύλης.

Απ’ αυτή την προοπτική, οι δυνατότητες της νανοτεχνολογίας είναι φανερές: Ασύγκριτος, πρωτοφανής, απόλυτος έλεγχος της ύλης. Μπορούμε μόνο να υποθέσουμε τις έσχατες συνέπειες. Στο χώρο των σημερινών αναγκών και χρήσεων, η τεχνολογία θα επαναστατικοποιήσει τη βιομηχανία, τους κομπιούτερ, την ιατρική, την εκπαίδευση, τις μεταφορές, τις επικοινωνίες και την ψυχαγωγία -κυριολεκτικά, κάθε τομέα όπου χρησιμοποιούμε μηχανές (βλ. και το άρθρο “Η υπόσχεση της νανοτεχνολογίας”, σ’ αυτό το τεύχος).

Αλλά και τα οικονομικά μας συστήματα θα επαναστατικοποιηθούν. Η νανοτεχνολογία μπορεί να σπάσει τις αλυσίδες της σπατάλης και της εκμετάλλευσης. Δεν θα υπάρχει πια ανάγκη για πρώτες ύλες και φτηνή εργασία από άλλες χώρες. Ο,τιδήποτε σχεδόν θέλει κάποιος, θα μπορεί να κατασκευαστεί από τον άφθονο άνθρακα που υπάρχει γύρω μας. Οποιοδήποτε πράγμα θα μπορεί να διαλυθεί στα συστατικά του άτομα και να ανα-συντεθεί σε άλλο πράγμα – δηλαδή, ανακύκλωση 100%. Οι περισσότερες μορφές σπανιότητας θα έχουν πολύ λίγη σημασία σε μια κοινωνία νανοτεχνολογίας, ιδιαίτερα όταν οι αποικίες στο διάστημα θα ανακουφίσουν από τις πληθυσμιακές πιέσεις. Με αυτο-αναπαραγόμενους συναρμολογητές να κάνουν την παραγωγή, το κόστος θα είναι ελάχιστο (σκεφθείτε απλώς το κόστος των παρόντων προϊόντων φυσικής νανοτεχνολογίας, πατάτες, ξυλεία κ.λπ.) και η ανθρώπινη εργασία δεν θα χρειάζεται. Η εργασία για προγράμματα και σχεδιασμό θα αποτελεί μάλλον το κυριότερο κόστος σε ένα νανοτεχνολογικό κόσμο. Η οικονομική αποκέντρωση θα είναι μια άλλη μέγιστη συνέπεια, καθώς οι συναρμολογητές θα μπορούν εύκολα να κάνουν την παραγωγή μια φορητή υπόθεση. Αποσυνδέοντας τις υλικές μας ανάγκες από μακρινούς τόπους και επαναφέροντας την απόλυτα καθαρή βιομηχανική παραγωγή κοντά μας, η εντελώς αντιδημοκρατική τάση των τελευταίων αιώνων, που συγκεντρώνει την τεχνολογία και τον πλούτο στα χέρια λίγων, θα μπορεί να ανατραπεί ταχύτατα. Με την οικονομική αποκέντρωση ίσως να επέλθει και η πολιτική και γεωγραφική αποκέντρωση, που θα ανοίξει νέες ευκαιρίες για μια δημοκρατία με νόημα Βεβαίως, οι τεράστιες αυτές αλλαγές θα έχουν απρόβλεπτες επιπτώσεις στην κοινωνία. Η νανοτεχνολογία θα λύσει μεν τα παραδοσιακά προβλήματα της φτώχειας και της πείνας, αλλά ενδεχομένως θα δημιουργήσει καινούργια προβλήματα πλήξης και απληστίας. Ίσως όμως, αν οι άνθρωποι απελευθερωθούν από τις υλικές ανάγκες, να μπορέσουν να κατευθύνουν σοφά τις προσπάθειές τους στην καλύτερη κατανόηση του εαυτού τους και των άλλων.

Μετάφραση: Σπύρος Μάνδρος


ΡΟΜΠΟΤ ΚΑΙ ΑΝΘΡΩΠΟΣ ΤΟΝ 21ο ΑΙΩΝΑ

Βλέπουμε να διαγράφεται αυτό που εγώ ονομάζω «τεχνήμονα» (artilects), τεχνητά νοήμονα μηχανήματα με μαζική νοημοσύνη, η οποία θα ξεπεράσει τη δική μας. Θα μπούμε στη νανοτεχνολογία, η οποία θα λειτουργεί σε κλίμακα ενός εκατομμυριοστού του χιλιοστού.

Το κυρίαρχο ζήτημα της πλανητικής πολιτικής στον21ο αιώνα θα είναι όμως το εξής: θα πρέπει ή όχι η ανθρωπότητα να κατασκευάσει τα «τεχνήμονα»; Φαντάζομαι ότι η απάντηση θα παρουσιάσει δύο αντιτιθέμενες ιδεολογικές απόψεις, παθιασμένες και βίαιες: εκείνους οι οποίοι, έχοντας μια συμπαντική άποψη, θα θεωρούν ότι η κατασκευή των «τεχνημόνων» αντιπροσωπεύει το πεπρωμένο του ανθρώπινου είδους -εγώ τους αποκαλώ «συμπαντικούς» – και μια άλλη ομάδα -τους οποίους αποκαλώ «γήινους» – που θα φοβηθούν μήπως κάποια μέρα τα «τεχνήμονα» αποφασίσουν ότι το ανθρώπινο είδος είναι βλαβερό και άρα πρέπει να το καταστρέψουν. Με την ανώτερη νοημοσύνη που θα διαθέτουν αυτό θα τους είναι πολύ εύκολο.

Για τους «συμπαντικούς», η κατασκευή των «τεχνημόνων» θα αποτελεί το πρόγραμμα ανάπτυξης ενός μελλοντικού είδους με φανταστικές ιδιότητες. Θα βλέπουν τα «τεχνήμονα» σαν όντα εκπληκτικά, με υπέρμετρες δυνατότητες, αθάνατα. Η ύπαρξή τους θα θέσει υπό αμφισβήτηση το μέλλον του ανθρώπινου είδους, το μέλλον του Σύμπαντος κατά μια έννοια. Μπορούμε να περιορίσουμε το επίπεδο της ανάπτυξης; Για τους «συμπαντικούς» κάτι τέτοιο θα είναι εξίσου καταδικαστέο με το να είχε εμποδιστεί η ανάπτυξη της ζωής στη Γη πριν από τρία δισεκατομμύρια χρόνια. Οι υποστηρικτές τους θα προέρχονται κυρίως από τους ισχυρούς, τους πιο πλούσιους του πλανήτη.

Σε 20 χρόνια, στις πλούσιες χώρες, κάθε σπίτι θα έχει το οικιακό ρομπότ του, τα εκπαιδευτικά ρομπότ του και τα ρομπότ φίλους του, τα οποία θα προσαρμόζονται στην προσωπικότητα του καθενός.

Πολλοί πιστεύουν ότι θα υπάρξει και τρίτη κατηγορία, τα «cyborg», ανθρώπινα όντα με ενσωματωμένα εξαρτήματα που θα αποτελούν υβρίδια ανάμεσα στο βιολογικό και στο μηχανικό. Για μένα όμως ένα «τεχνήμον» και ένα «cyborg» είναι το ίδιο πράγμα, αφού με αυτό τον τρόπο οι άνθρωποι θα μπορούν να αποκτούν, όπως τα «τεχνήμονα», υπεράνθρωπες ικανότητες. Από αυτό και μόνο το γεγονός τα συμφέροντά τους θα είναι τα ίδια με των «τεχνημόνων».

Τί είναι η ταυτότητα ενός ανθρώπινου πλάσματος; Από την στιγμή που προσθέτεις ένα «πραγματάκι», γίνεσαι άλλο πράγμα. Κατά κάποιον τρόπο πρόκειται για τον θάνατο αυτού του ανθρώπινου πλάσματος γιατί θα το συνθλίψουν σε τέτοιο βαθμό οι «τεχνήμονες» ικανότητες μέσα στο κεφάλι του που δεν θα είναι ma ανθρώπινο πλάσμα. Ίσως να ανακαλυφθούν νέα φαινόμενα, πιο πολύπλοκα, πιο υπέροχα από τη συνείδηση, εγώ όμως δεν μπορώ καν να τα φανταστώ γιατί είμαι πολύ χαζός. Δεν είμαι παρά ένα ανθρώπινο πλάσμα.

Οι απόψεις αστές είναι απόσπασμα από συνέντευξη που παραχώρησε ο Hugo de Caris στην εφημερίδα “Le Monde” και αναδημοσιεύτηκε στην Ελλάδα από “το Βήμά’. Ο Hugo de Cans είναι ο διευθυντής της «Ομάδας Κατασκευής του Εγκεφάλου», του ιαπωνικού εργαστηρίου ATR.


ΤΟ ΙΣΤΟΡΙΚΟ ΤΗΣ ΚΛΩΝΟΠΟΙΗΣΗΣ

1952 Πρώτη απόπειρα κλωνοποίησης σε βατράχους.

1953 Ο βρετανός Φράνσις Κρικ και ο αμερικανός Τζαίημς Γουάτσον ανακαλύπτουν την δομή του DNA.

1997       Ο Ίαν Γίλμουτ και η ομάδα του στο Ινστιτούτο Ροσλίν της Σκοτίας, παρουσιάζουν στον κόσμο την Ντόλλυ. Είναι η πρώτη φορά που ένα μαστοφόρο κλωνοποιείται με επιτυχία από το κύτταρο ενός ενήλικου. Το Ερευνητικό Κέντρο του Όρε-γκον ανακοινώνει ότι κλωνοποίησε δύο πίθηκους.

1998       Ο αμερικανός φυσικός Ρίτσαρντ Σίντ ανακοινώνει την πρόθεση του να ανοίξει ειδική κλινική για την ανθρώπινη κλωνοποίηση.

Οι ερευνητές του πανεπιστημίου της Χαβάης ανακοινώνουν ότι παρήγαγαν 50 κλώνους ποντικών με την μέθοδο της Ντόλλυ.

Η Ακαδημία Επιστημώντου Πεκίνου διαθέτει το ποσό των 100.000 γιουάν στο ινστιτούτο ζωολογίας για την έρευνα στην κλωνοποίηση των πάντα.

Γέννηση του πρώτου κλώνου της αγελάδας Λέϊντυ, μοναδική αντιπρόσωπος ενός είδους των νησιών Όκλαντ (Νέα Ζηλανδία), με τρόπο ανάλογο της Ντόλλυ.

Αφήστε το σχόλιό σας

Η ηλ. διεύθυνση σας δεν δημοσιεύεται. Τα υποχρεωτικά πεδία σημειώνονται με *

*

elGreek