Τι είναι η νανοτεχνολογία - παραδείγματα, μελλοντικές εφαρμογές και κίνδυνοι

Όλα φυσικής φύσης - ανθρώπινα όντα, φυτά, ορυκτά, αέρας - αποτελούνται από συνδυασμούς ατόμων και μορίων που συνδέονται μεταξύ τους είτε με σχήμα είτε με ηλεκτρονικό φορτίο. Η χειρωνακτική χρήση ατόμων σε μια νανο-κλίμακα θα επέτρεπε στους ανθρώπους να αναπαράγουν τα πάντα, από τα διαμάντια μέχρι τα τρόφιμα.

Ενώ τα οφέλη μιας τέτοιας τεχνολογίας είναι ουσιαστικά αμέτρητα, έχει δημιουργήσει μεγάλη ανησυχία μεταξύ ορισμένων ότι η μοριακή χειραγώγηση μπορεί να φέρει άθελά περισσότερα προβλήματα από τις λύσεις - μέχρι και την ανθρώπινη εξαφάνιση. Οργανισμοί όπως οι Φίλοι της Γης της Αυστραλίας, τα άτομα που τείνουν προς την κακουργία στο Μεξικό και η Ένωση Βιολογικών Καταναλωτών στην Αμερική αντιτίθενται ενεργά σε οποιαδήποτε περαιτέρω ανάπτυξη έργων νανο-κλίμακας.

Τι είναι η "κλίμακα" και γιατί είναι σημαντική?

Η νανοτεχνολογία είναι η επιστήμη που ασχολείται με τη χειραγώγηση της ύλης σε μια ατομική, μοριακή και υπερμοριακή κλίμακα - με άλλα λόγια, πολύ μικρότερη από ό, τι βλέπει το γυμνό μάτι. Κάθε νανομέτρο είναι ένα δισεκατομμύριο του μέτρου - περίπου το μήκος ενός νυχιού αυξάνεται σε ένα δευτερόλεπτο. Για να το θέσουμε σε προοπτική, μια ανθρώπινη τρίχα είναι περίπου 80.000 έως 100.000 νανόμετρα πλάτος, ένα ερυθρό αιμοσφαίριο είναι 2.500 νανόμετρα και ένα σκέλος ανθρώπινου DNA έχει διάμετρο 2.5 νανόμετρα.

Μόνο μέσω της ανάπτυξης εργαλείων εξαιρετικής ακρίβειας, όπως το μικροσκόπιο σάρωσης σήραγγας και το μικροσκόπιο ατομικής δύναμης, κατέστη δυνατή η νανοτεχνολογία. Η υπόσχεσή του και ο κίνδυνος προκύπτουν από την αυξανόμενη κατανόηση της κβαντικής φυσικής, η οποία ασχολείται με πολύ μικρά αντικείμενα. Παραδόξως, η συμπεριφορά ουσιών σε νανοκλίμακα είναι συχνά αντίθετη στις ιδιότητές της σε μεγαλύτερη κλίμακα.

Για παράδειγμα, οι ουσίες σε μορφή χύδην που δεν μπορούν να μεταφέρουν ένα ηλεκτρικό φορτίο - μονωτήρες - μπορούν να γίνουν ημιαγωγούς σε ένα νανο επίπεδο, ακριβώς όπως τα σημεία τήξης και άλλες φυσικές ιδιότητες μπορεί να αλλάξουν. Ένα αλουμίνιο οπτάνθρακα μπορεί να γειωθεί σε σκόνη 20 έως 30 νανόμετρα μπορεί να αναφλεγεί αυθόρμητα στον αέρα - μια ιδιότητα που το καθιστά καταλύτη καυσίμου πυραύλων. Ομοίως, τόσο το διαμάντι όσο και ο γραφίτης σε ένα μολύβι είναι κατασκευασμένα από άνθρακα, αλλά έχουν πολύ διαφορετικές ιδιότητες λόγω του τρόπου που δεσμεύουν τα άτομα άνθρακα.

Νανο-Ορολογία

Καθώς η επιστήμη έχει επεκταθεί στον τομέα "νανο", έχει και την ορολογία. Ακολουθούν ορισμένοι βασικοί ορισμοί:

Νανοτεχνολογία: Οποιαδήποτε τεχνολογία, συμπεριλαμβανομένων των παραδοσιακών βιομηχανικών και χημικών διεργασιών, που περιλαμβάνει δομές μεταξύ ενός και εκατό νανόμετρων, με νέες ιδιότητες. Τα επιχρίσματα της νανοτεχνολογίας χρησιμοποιούνται ήδη για να φτιάχνουν ρούχα με ίνες ανθεκτικές στη χρώση και λοσιόν αντηλιακής προστασίας υψηλών επιδόσεων, για παράδειγμα.
Νανο-εργοστασίων: Σε μια νανοκλίμακα, κάθε μέθοδος κατασκευής είναι απλά μια μέθοδος για τη διευθέτηση των ατόμων. Ονομάζονται επίσης "μοριακοί συναρμολογητές", οι νανοφωτογραφικές μονάδες είναι μικροσκοπικές μονάδες παραγωγής κλειστού συστήματος που ελιγμούν, συνδυάζουν και χειρίζονται αντιδραστικά μόρια για να χτίσουν πολύπλοκες φυσικές και βιολογικές δομές - από μέταλλα, ανθρώπινα όργανα και οστά. Ένα μοναδικό ανθρώπινο κύτταρο είναι το τέλειο παράδειγμα μιας βιολογικής μονάδας παραγωγής μορίων, ή νανοφάσματος, που διαβάζει ψηφιακό γενετικό υλικό (DNA) για να καθοδηγήσει τη διαδικασία συνδυασμού. Ο John Burch του Ινστιτούτου Προοπτικής Διερεύνησης προβλέπει ότι οι εφαρμογές της βιολογικής μοριακής μηχανικής και της κατασκευής θα πρέπει να επεκταθούν και να εξελιχθούν γρήγορα από τα μέσα του 21ου αιώνα.
Nanobots: Αυτά είναι προϊόντα νανο-εργοστασίων, αλλά δεν αναμένεται να αυτοδιπλασιάζονται ή να κατευθύνονται. Οι nanobots πέφτουν στη διασταύρωση της νανοτεχνολογίας και της ρομποτικής και είναι περισσότερο επιστήμονα-φαντασία από την επιστήμη, σε αυτό το σημείο. Ωστόσο, υπάρχουν σίγουρα ενδιαφέρουσες δυνατότητες για τη χρήση τους, ειδικά μέσα στα ανθρώπινα σώματα. Μερικοί φουτουριστές φανερώνουν ότι οι nanobots μπορεί μία μέρα να είναι σε θέση να ταξιδεύουν μέσα από το αίμα αναζητώντας και θεραπεύοντας συγκεκριμένα νοσούντα κύτταρα. Ένα παράδειγμα μπορεί να είναι ένα nanobot που επιτίθεται μόνο και καταστρέφει καρκίνους συγκεκριμένου τύπου.

Τρέχουσες και μελλοντικές χρήσεις της νανοτεχνολογίας

Σύμφωνα με την Εταιρεία Τοξικολογίας, οι προόδους στη νανοτεχνολογία παράγουν ήδη μια ποικιλία νέων υλικών. Επίσης, προσαρμόζουν παλιά υλικά, όπως ο άνθρακας, δίνοντάς τους έτσι "μεγάλες δυνατότητες βελτίωσης των καταναλωτικών και βιομηχανικών προϊόντων, αντιμετώπιση κρίσιμων ενεργειακών αναγκών, ενίσχυση συστημάτων ασφαλείας και βελτίωση του ιατρικού πεδίου".

Οι νανοσωλήνες άνθρακα - φανταστείτε ένα φύλλο ατόμων άνθρακα τυλιγμένο - εμφανίζονται τώρα σε καταναλωτικά προϊόντα όπως οι ρακέτες του τένις και τα κλαμπ γκολφ. Εμφανίζουν 200 φορές τη δύναμη και πέντε φορές την ελαστικότητα του χάλυβα, πέντε φορές την ηλεκτρική αγωγιμότητα του χαλκού και το ήμισυ της πυκνότητας του αλουμινίου. Επιπλέον, δεν σκουριάζουν, αποικοδομούν από την ακτινοβολία ή επεκτείνονται ή συστέλλονται με την αλλαγή της θερμοκρασίας. Από την άποψη αυτή, η προσφυγή στην εφαρμογή τους σε προϊόντα όπως τα αυτοκίνητα και τα αεροπλάνα καθίσταται ολοφάνερη.

Το Έργο για τις Αναδυόμενες Νανοτεχνολογίες στην Virginia Tech απαριθμεί περισσότερα από 1.790 υπάρχοντα καταναλωτικά προϊόντα που είναι νανο-ενεργοποιημένα, συμπεριλαμβανομένων των βαμβακερών φύλλων, των απολιπαντικών, των άξων γκολφ, των χρωμάτων και των καλλυντικών. Ορισμένοι επιστήμονες έχουν προβλέψει ακόμη ότι τα ηλιακά κύτταρα μπορούν τελικά να αναπτυχθούν με τέτοια ανθεκτικότητα και με τέτοιο χαμηλό κόστος ώστε να επιτρέπουν τη χρήση τους σε στέγες, πεζοδρόμια και δρόμους - καθιστώντας το δρόμο για μια μη αποδοτική, άφθονη και ανέξοδη παροχή ενέργειας.

Ειδικά παραδείγματα υφιστάμενων προϊόντων που χρησιμοποιούν νανοτεχνολογία περιλαμβάνουν τα ακόλουθα:

Το σύστημα MineralWater της Seldon Technologies είναι μια συσκευή διήθησης νανοσωλήνων άνθρακα που απομακρύνει τους παθογόνους παράγοντες και τους ρύπους, όπως ιούς, βακτήρια, κύστεις και σπόρια, για να παραδώσει πόσιμο νερό που ξεπερνά το πρότυπο πόσιμου νερού USEPA.
Η μελάνη νανοσωλήνων άνθρακα της Linde Electronics είναι για οθόνες, αισθητήρες και ηλεκτρονικές συσκευές, όπως ένα smartphone με οθόνη roll-up ή μια συσκευή εντοπισμού GPS ενσωματωμένη στο παρμπρίζ ενός αυτοκινήτου.
Τα αντιηλιακά προϊόντα που περιλαμβάνουν νανοσωματίδια διοξειδίου του τιτανίου ή οξειδίου ψευδαργύρου αντανακλούν ή απορροφούν υπεριώδη ακτινοβολία που προκαλεί καρκίνο. Αυτά τα προϊόντα είναι αόρατα και μακρύτερα και έχουν χαμηλότερα ερεθιστικά και αλλεργιογόνα υλικά από τα παραδοσιακά αντηλιακά.
Πολλοί επίδεσμοι πέρα από τον πάγκο περιέχουν τώρα νανοσωματίδια ασημιού που εμποδίζουν τη μόλυνση γύρω από τις περικοπές και τις εκδορές, συνδυάζοντας αποτελεσματικά την αντιβιοτική αλοιφή με τον επίδεσμο.
Αντιβακτηριακά υγρά πισίνας. Αυτά είναι πιο αποτελεσματικά στην καταπολέμηση επιβλαβών βακτηρίων μειώνοντας ταυτόχρονα την έκθεση των κολυμβητών στις σκληρές χημικές ουσίες των προηγούμενων προϊόντων.

Όπως προβάλλει το Ινστιτούτο Προοπτικής Διερεύνησης, τα καθημερινά οφέλη από την αύξηση της διαθεσιμότητας νανο-εργοστασίων θα περιλαμβάνουν τα ακόλουθα:

Ιατρικές Nanorobots που θεραπεύουν τη νόσο και την αντίστροφη γήρανση. Ο Robert Freitas, Ανώτερος Ερευνητής στο Ινστιτούτο Μοριακής Βιομηχανίας, σχεδιάζει στη σειρά των βιβλίων για τα νανοϊατρικά ένα μέλλον όπου τα ιατρικά nanorobots εισάγονται στο ανθρώπινο σώμα για να εκτελούν κυτταρικές και μικροσκοπικές χειρουργικές επεμβάσεις, να επιδιορθώνουν συγκεκριμένους τραυματισμούς και να περιπολούν το σώμα για να εντοπίσουν και να αντισταθούν στην ασθένεια . Στην ιστοσελίδα του Ινστιτούτου για τη Δεοντολογία και τις Αναδυόμενες Τεχνολογίες, ο Burch περιγράφει ένα σενάριο όπου ένα καταπιεσμένο χάπι θα παρέχει μοριακά υλικά με οδηγίες για nanobots για να σχηματίσουν νέους νευρώνες για να αντικαταστήσουν χαλασμένα ή πεθαμένα εγκεφαλικά κύτταρα. Αυτά τα νέα εγκεφαλικά κύτταρα θα επεξεργάζονταν πληροφορίες πολύ ταχύτερα από έναν βιολογικό εγκέφαλο, ακριβώς όπως ένα τεχνητό άκρο μπορεί να είναι ισχυρότερο από ένα ανθρώπινο χέρι ή πόδι.
Μειωμένο κόστος κατασκευασμένων προϊόντων. Τα βασικά κόστη θα μειωθούν στην αξία των πρώτων υλών, όπως ο άνθρακας, το άζωτο και το οξυγόνο και η ενέργεια που απαιτείται για τη λειτουργία του νανοϋλικού. Φανταστείτε ένα αυτοκίνητο κατασκευασμένο από ίνες άνθρακα και δημιουργήθηκε σε νανο-εργοστάσια - και όχι με υλικά που απαιτούν εξόρυξη, επεξεργασία και διαμόρφωση. Θεωρητικά, ουσιαστικά οποιοδήποτε υλικό ή αντικείμενο μπορεί να συναρμολογηθεί από κάτω προς τα πάνω από έναν συνδυασμό νανο-εργοστασίων. Τα αποτελέσματα μεγάλης κλίμακας συμβαίνουν όταν συνδυάζονται ταυτόχρονες και συνεργιστικές διεργασίες νανοκλίμακας. Ο Eric Drexler, Αμερικανός μηχανικός γνωστός για τη διάδοση της νανοτεχνολογίας, προβλέπει ένα μέλλον εργοστασίων γραφείου που καταστρέφουν μεγάλα, χρήσιμα προϊόντα, παρόμοια με τη φήμη του "Star Trek". Στην πραγματικότητα, τον Ιούνιο του 2014, το Ινστιτούτο Επιστημών Υγείας της Nestle ανακοίνωσε ένα νέο πρόγραμμα που μπορεί τελικά να οδηγήσει σε μια "μηχανή κουζίνας που μπορεί να δημιουργήσει προσαρμοσμένα συμπληρώματα - ή ακόμα και τρόφιμα".
Ανάπτυξη της Τεχνητής Γενικής Νοημοσύνης (AGI). Σύμφωνα με το Ινστιτούτο Προοπτικής Διερεύνησης, τα νανο-εργοστάσια θα περιλαμβάνουν μηχανικά συστήματα για μηχανική και τεχνική εργασία, τα οποία με τη σειρά τους θα κατασκευάζουν υπολογιστές που είναι χιλιάδες φορές πιο ισχυροί και φθηνότεροι από τους τρέχοντες υπολογιστές. Καθώς οι μηχανές μαθαίνουν και μεταφέρουν γνώση από μια εφαρμογή ή περιβάλλον σε άλλη, οι ταχείες πρόοδοι είναι πιθανές. Ωστόσο, υπάρχει κάποια ερώτηση σχετικά με το πόσο γρήγορα μπορεί να επιτευχθεί η AGI. Από το 1990, ένα βραβείο των 100.000 δολαρίων ήταν διαθέσιμο σε οποιονδήποτε, του οποίου η μηχανή μπορεί να ξεγελάσει τους ανεξάρτητους κριτές να πιστεύουν ότι είναι ανθρώπινος ενώ ασχολείται με ελεύθερη συνομιλία. Το βραβείο δεν έχει ακόμη απονεμηθεί.
Εξάλειψη της βιομηχανικής χημικής ρύπανσης. Δεδομένου ότι κάθε άτομο στο απόθεμα βιολογικών τροφίμων χρησιμοποιείται στο τελικό προϊόν ή κατευθύνεται σε κατάλληλα συσκευασμένα απόβλητα, δεν ρυπαίνουν κανένα άτομο ρύπανσης στο περιβάλλον. Για παράδειγμα, ο φυσικός άνθρακας παράγει ρύπους όπως το διοξείδιο του θείου, τα οξείδια του αζώτου, τα φυσικά σωματίδια του αέρα και ο υδράργυρος όταν καίγονται. Η οικοδόμηση ενός τεχνητού καυσίμου που εξαλείφει τα υποπροϊόντα ή τα μετατρέπει σε μη επιβλαβή μορφή θα ήταν υγιέστερο και λιγότερο δαπανηρό.

Οι κίνδυνοι και οι κίνδυνοι της νανοτεχνολογίας

Ακόμα και υποστηρικτές της νανοτεχνολογίας, όπως οι Burch και Drexler, αναγνωρίζουν τη δυνατότητα να βλάψουν και ενδεχομένως να εξοντώσουν την ανθρώπινη φυλή αν η τεχνολογία είναι ανεξέλεγκτη ή κακή. Αυτές οι δυνητικά επιβλαβείς επιπτώσεις περιλαμβάνουν τα ακόλουθα:

Υπερπληθυσμός. Το ποσοστό θνησιμότητας για τους ανθρώπους άνω των 80 ετών έχει μειωθεί περίπου 1,5% ετησίως από τη δεκαετία του 1960. Ο Robert Freitas, νεώτερος, προτείνει ότι η πρόοδος στη νανοτεχνολογία θα εξαλείψει όλες τις γενετικές ασθένειες και θα επιβραδύνει τη γήρανση "αυξάνοντας την ανθρώπινη υγεία τουλάχιστον δέκα φορές". Αν οι αυξήσεις της μακροζωίας δεν μειώσουν τις γεννήσεις, η ανθρώπινη φυλή θα επεκταθεί εκθετικά, επιδεινώνοντας τις κοινωνικές εντάσεις και δυνητικά εξαντλητικούς πόρους.
Αύξηση του εγκλήματος και της τρομοκρατίας. Τα χημικά και βιολογικά όπλα θα μπορούσαν να καταστούν πιο θανατηφόρα και πιο εύκολο να αποκρύψουν ή να εντοπιστούν, ειδικά αν αυτά διατίθενται στη μαύρη αγορά ή μπορούν να κατασκευαστούν σε ένα εργοστάσιο στο σπίτι. Οι νανο-εργοσταστικές ουσίες θα μπορούσαν θεωρητικά να παράγουν ένα έξυπνο αντιπυρικό όπλο μεγέθους εντόμου ικανού να φέρει μια θανατηφόρα δόση αλλαντίασης. Ο αριθμός τέτοιων όπλων ικανών να σκοτώσουν κάθε άνθρωπο στον πλανήτη θα μπορούσε να συσκευαστεί σε μία μόνο βαλίτσα.
Ανισότητα μεταξύ των ανθρώπων και των όρων. Οι εξελίξεις της νανοτεχνολογίας είναι πιθανό να είναι αρχικά δαπανηρές και συνεπώς να προστατεύονται από τα διπλώματα ευρεσιτεχνίας, τους νόμους και τους ανταγωνιστικούς φραγμούς. Συνεπώς, τα οφέλη από το χαμηλότερο κόστος είναι πιθανόν να περιορίζονται στους ιδιοκτήτες της τεχνολογίας. Η φτώχεια και η ανισότητα των εισοδημάτων θα μπορούσαν να γίνουν πιο υπερβολικές, δημιουργώντας έτσι κοινωνικές αναταραχές.
Συγκρούσεις για τις θρησκευτικές πεποιθήσεις και τον τρόπο ζωής. Σε όλο τον κόσμο, τα προϊόντα απαγορεύονται ή περιορίζονται βάσει θρησκευτικών ή ηθικών αρχών που δεν απαρτίζονται απαραιτήτως από την πλειοψηφία. Παραδείγματα περιλαμβάνουν όπλα στη Μεγάλη Βρετανία, οινόπνευμα σε μουσουλμανικές κοινωνίες και ψυχαγωγικά φάρμακα σε διάφορες χώρες. Η ικανότητα παραγωγής απαγορευμένων προϊόντων σε προσωπικές νανο-εργοστασίδες μπορεί να προκαλέσει διαταραχές στις κοινωνίες αυτές.
Εμφάνιση του "Grey Goo." Μερικοί επιστήμονες ανησυχούν ότι οι αυτοαναπαραγόμενες νανο-εργοστασίδες μπορεί να τρέξουν amok, τρώγοντας τη βιόσφαιρα σε μια φρενήρη προσπάθεια να κάνουν απεριόριστα αντίγραφα του εαυτού τους. Ακριβώς όπως η αντικοινωνική συμπεριφορά είναι ακαταμάχητη για ένα ορισμένο ποσοστό του πληθυσμού - όπως αποδεικνύεται από τον αριθμό των ιών υπολογιστών που υπάρχουν - οι ανεύθυνοι άνθρωποι και ομάδες είναι πιθανό να κάνουν αυτο-αντιγραφή νανο-εργοστασίων, αυξάνοντας έτσι την πιθανότητα καταστροφής.

Τελικό Λόγο

Ο Steve Jurvetson, διευθύνων σύμβουλος της εταιρίας επιχειρηματικών κεφαλαίων Draper Fisher Jurvetson, ισχυρίζεται ότι το μέλλον της νανοτεχνολογίας δεν είναι θέμα "εάν", αλλά "πότε". Ο Josh Wolfe, συνιδρυτής της Lux Capital και συντάκτρια της έκθεσης Forbes / Wolfe Nanotech, συμφωνεί, λέγοντας ότι τα πάντα - ρούχα, τρόφιμα, αυτοκίνητα, κατοικίες, φάρμακα, συσκευές επικοινωνίας, ο αέρας που αναπνέουμε και το νερό που πίνουμε - βαθιά και θεμελιώδη αλλαγή. Και ως αποτέλεσμα, θα είναι και η κοινωνικοοικονομική δομή του κόσμου. "

Θα είναι η νανοτεχνολογία η "πέτρα του φιλόσοφου" ικανή να κάνει κάθε επιθυμία ή το άνοιγμα του κουτιού της Πανδώρας, απελευθερώνοντας αδιανόητες δυσκολίες και φρίκη στην ανθρώπινη ζωή όπως την ξέρουμε?