Cyborg
Cyborg #02 - 02/2015

#03 - 06/2015

Νανοτεχνολογίες: Οι οραματισμοί στο μικροσκόπιο

Νανόμετρο (νμ, nm) = το ένα δισεκατομμυριοστό του μέτρου. Για να γίνει αντιληπτή καταρχήν αυτή η τάξη μεγέθους, πρέπει να συμφωνήσουμε ότι αφορά αντικείμενα αόρατα για το “γυμνό” ανθρώπινο μάτι.  Ακόμα περισσότερο εκθέτοντας δημοφιλείς αναλογίες, μπορούμε να δείξουμε ότι το μέγεθος αυτό είναι τρομακτικά μικρό: τα νύχια στα δάχτυλα των ανθρώπινων δακτύλων μεγαλώνουν κατά ένα νανόμετρο κάθε δευτερόλεπτο, το πάχος μια ανθρώπινης τρίχας μπορεί να μετρηθεί στα 80.000 νανόμετρα, ενώ ένα άτομο χρυσού εκτιμάται σε κάτι λιγότερο απο 0,2 νανόμετρα.

 Αν κάτι είναι αόρατο και επομένως καθόλου αντιληπτό μέσα από την καθημερινή εμπειρία, οι τεχνολογικές εφαρμογές που προκύπτουν από αυτό το κάτι, μπορούν εύκολα να προκαλέσουν φόβο ή/και απώθηση. Ταυτόχρονα, οι έντονοι μετασχηματισμοί της σύγχρονης καπιταλιστικής  πραγματικότητας, η γενικευμένη τριτογενοποίηση της παραγωγής στον “αναπτυγμένο” κόσμο και οι νέες μορφές εργασίας μπορούν να αντιμετωπίζονται επιφανειακά και να επενδύονται με θεωρίες όπως αυτές που προσπαθούν να μας πείσουν ότι ο καπιταλισμός πλέον είναι άυλος. Με τέτοιου είδους προσεγγίσεις και θεωρητικές ανοησίες μπορεί κανείς χαρούμενα να αγνοεί γεγονότα σχετικά με το υλικό/τεχνολογικό υπόβαθρο του καπιταλισμού που είναι δεδομένα εδώ και περισσότερα από 70 χρόνια· θέτοντας, τουλάχιστον, σαν αφετηρία την επιστράτευση των πιο μικροσκοπικών σωματιδίων, που ήταν ως τότε γνωστή η εκμεταλλευσιμότητά τους, στην πιο καταστροφική εφεύρεση που έχει χρησιμοποιηθεί πάνω σε αυτόν τον πλανήτη: την ατομική βόμβα.   

Από τότε και ύστερα οι στρατηγικές των κρατών και του κεφαλαίου εστιάζουν με τρόπο συνεπή και συνεχή στις δυνατότητες αποικιοποίησης και εκμετάλλευσης των ολοένα και πιο μικρο(νανο)-σκοπικών σωματιδίων-υλικών που μπορούν να θέσουν σε κίνηση. Από την απεικόνιση της μορφής του DNA, τη μοριακή βιολογία και τη γενετική μηχανική, μέχρι τις πιο σύγχρονες τεχνολογίες υλικών, τις νανοτεχνολογίες, την ακόμα πιο βαθιά ανάλυση των ατόμων σε υπο-ατομικά σωματίδια και την κβαντική μηχανική, η “θέση σε κίνηση” μεταφράζεται στη δυνατότητα αυτές οι βαθύτατα μικρές-στοιχειώδεις υλικές μονάδες (μόρια, άτομα, υπο-ατομικά σωματίδια) να μπορούν να “δουλέψουν” για λογαριασμό του κεφαλαίου ή με άλλα λόγια να μπορέσουν να ενσωματωθούν σε εκμεταλλεύσιμες τεχνολογικές εφαρμογές.

Προκειμένου να εξερευνηθούν και να “ανακαλυφθούν” ακόμα περισσότερα υπο-ατομικά σωματίδια (όπως το γνωστό μποζόνιο) απαιτείται ένας τερατώδους μεγέθους δακτύλιος 27 χιλιομέτρων [1Αναφερόμαστε στο μεγάλο επιταχυντή ανδρονίων (Large Hadron Collider - LHC) του CERN. Στην ιστοσελίδα του CERN, ο LHC αναφέρεται θριαμβευτικά ως η 'μεγαλύτερη μηχανή του κόσμου', ακόμα κι αν τα σωματίδια που εξετάζει είναι τα μικρότερα δυνατά... ] όπου σωματίδια επιταχύνονται και συγκρούονται μεταξύ τους, μέσα σε ελεγχόμενες(;) αλλά ιλιγγιώδεις συνθήκες. Από την άλλη πλευρά, κάποιες  ατομικές, μοριακές και υπερ-μοριακές δομές εξετάζονται εδώ και χρόνια σαν πιο “σταθερά” συστήματα και έχουν μελετηθεί αρκετές από τις ιδιότητές τους. Τέτοιου είδους δομές είναι που οι νανοτεχνολόγοι φιλοδοξούν να χρησιμοποιήσουν σαν “πρώτες ύλες”.

Σύμφωνα με την National Nanotechnology Iniative, που αποτελεί τον επίσημο ομοσπονδιακό φορέα των ηπα για την έρευνα και την ανάπτυξη της νανοτεχνολογίας, ένας γενικός και περιφραστικός ορισμός [2Ο ορισμός αυτός προέρχεται από την επίσημη εναρκτήρια αναφορά σχετικά με τον οργανισμό αυτό, με τίτλο: “National Technology Initiative: Leading to the Next Industrial Revolution” και ημερομηνία έκδοσης το Φλεβάρη του 2000.] περιλαμβάνει τα παρακάτω:

Η ουσία της νανοτεχνολογίας είναι η ικανότητα εργασίας στο μοριακό επίπεδο, άτομο με το άτομο, για τη δημιουργία μεγάλων δομών με ριζικά νέα μοριακή δομή. Σε σύγκριση με τη συμπεριφορά απομονωμένων ατόμων του 1νμ ή ογκωδών υλικών, η συμπεριφορά των δομικών χαρακτηριστικών στο εύρος από 1 ως 100νμ παρουσιάζει σημαντικές αλλαγές. Η νανοτεχνολογία αφορά υλικά και συστήματα των οποίων οι δομές και τα εξαρτήματα παρουσιάζουν καινοφανείς και σημαντικά βελτιωμένες φυσικές, χημικές και βιολογικές ιδιότητες, φαινόμενα και διεργασίες χάρη στο μέγεθος της νανοκλίμακας. Ο σκοπός είναι η εκμετάλλευση αυτών των ιδιοτήτων κερδίζοντας τον έλεγχο των δομών και των διατάξεων σε ατομικό μοριακό και υπερ-μοριακό επίπεδο και να μάθουμε να κατασκευάζουμε και να χρησιμοποιούμε αποδοτικά αυτές τις διατάξεις. Η διατήρηση της σταθερότητας των διεπαφών και η ολοκλήρωση αυτών των “νανοδομών” στην μικρο-κλίμακα και στην μακροσκοπική κλίμακα είναι ένας ακόμα σκοπός.

[...] Καθώς γίνεται εφικτό να ελεγχθεί το μέγεθος των επιμέρους χαρακτηριστικών, γίνεται επίσης εφικτή η ενίσχυση των ιδιοτήτων του υλικού και των λειτουργιών των διατάξεων πέρα από αυτές που ως τώρα γνωρίζουμε ή ακόμα θεωρούμε ως εφικτές. Η μείωση των διαστάσεων των δομών οδηγεί σε οντότητες όπως οι νανοσωλήνες άνθρακα, τα κβαντικά καλώδια και στίξεις, λεπτά φιλμ, δομές βασισμένες σε μόρια DNA, εκπομποί laser, που έχουν μοναδικές ιδιότητες. Τέτοιες νέες μορφές υλικών κηρύσσουν μια επαναστατική εποχή για την επιστήμη και την τεχνολογία, δεδομένου ότι μπορούμε να ανακαλύψουμε και να χρησιμοποιήσουμε πλήρως τις υποκείμενες αρχές.

Μισό ευχολόγιο, μισό πραγματικότητα (καθώς στο τέλος παραπέμπει σε μια λίστα πραγματικών τεχνολογιών) αυτός ο ορισμός προσπαθεί να συμπεριλάβει, πάνω στη γενικότητά του, οτιδήποτε θα μπορούσε να γίνει αντιληπτό ως νανοτεχνολογία: Για παράδειγμα, από την άποψη της τεχνολογίας των υλικών και της χημείας είναι γνωστό ότι η μετάβαση από μεγαλύτερα μεγέθη προς τη νανοκλίμακα με την εφαρμογή κατάλληλων τεχνικών μπορεί να οδηγήσει στη σύσταση μοριακών δομών με διαφορετικές ιδιότητες.  Με μια διαφορετική προσέγγιση η ουσία της νανοτεχνολογίας είναι η (από κάτω προς τα πάνω) προσθετική άτομο-προς-ατομο κατασκευή ή όπως αλλιώς αναφέρεται: η μοριακή νανοτεχνολογία. Σύμφωνα με αυτή την εκδοχή συστήματα μοριακών νανο-μηχανών θα μπορούν να προγραμματίζονται, ή να αντιδρούν με τρόπο ελεγχόμενο και να συνθέτουν άτομο-προς-άτομο νέες νανο-διατάξεις και μοριακές νανο-μηχανές. Σε κάθε περίπτωση ο έλεγχος, η εκμετάλλευση και η αποδοτική χρησιμοποίηση των ατόμων και των μορίων δίνουν το στίγμα των προθέσεων της έρευνας στη νανοκλίμακα.

Είναι πραγματικά πολύ δύσκολο να βρει κανείς έναν ενιαίο ορισμό για τη νανοτεχνολογία [3Συνηθίζεται επίσημα, ο όρος “νανοτεχνολογία” να χρησιμοποιείται στον ενικό. Στη συνέχεια του κειμένου όπως και στον τίτλο χρησιμοποιούμε τον όρο και στον πληθυντικό, καθώς όπως θέλουμε να δείξουμε και από την αρχή δεν πρόκειται για έναν ενιαίο τομέα της τεχνοεπιστήμης, αλλά περιλαμβάνει μια ποικιλία διαφορετικών μεταξύ τους τεχνολογιών και περιοχών εφαρμογής. ]. Και αυτό γιατί οι προσδοκίες των επιστημόνων και των κρατικών οργανισμών για μια νέα “τεχνολογική επανάσταση” και οι αντίστοιχοι οραματισμοί, η σύγχρονη τεχνολογική πραγματικότητα των νέων υλικών και των εμπορικών εφαρμογών τους, η τρέχουσα παραγωγή ηλεκτρονικών εξαρτημάτων στη νανοκλίμακα και η βιοχημική σύνθεση νέων μοριακών δομών, η επιστημονική φαντασία  και η δυστοπία ενός κόσμου που καταλαμβάνεται και κατατρώγεται από ανεξέλεγκτα νανο-ρομπότ συμπλέκονται και δημιουργούν σύγχυση ακόμα και ανάμεσα στις συζητήσεις των ίδιων των τεχνο-επιστημόνων και των μηχανικών.

Στην πραγματικότητα αυτή η σύγχυση δεν απουσιάζει ούτε από την κυρίαρχη αφήγηση της ιστορίας της νανοτεχνολογίας, αλλά ούτε και από τους οδικούς χάρτες “Έρευνας και Ανάπτυξης” των κρατών, των εταιριών και των ακαδημαϊκών ιδρυμάτων που πραγματικά επενδύουν στους σχετικούς τομείς. Τέτοια ζητήματα πιθανολογούμε ότι είναι το ίδιο συγκεχυμένα και για όσους και όσες έχουν βρεθεί ή βρίσκονται μέσα στα αντίστοιχα εργαστήρια των ακαδημαϊκών ιδρυμάτων και εργάζονται εντατικά μετρώντας, υπολογίζοντας και αναλύοντας ολοένα και πιο βαθιά τις ιδιότητες της ύλης στη νανοκλίμακα.

γραφένιο

Το γραφένιο (graphene) είναι ένα απ’ τα πιο διάσημα επιτεύγματα των νανοτεχνολογιών, στον τομέα των νέων υλικών. Με ιδιότητες εξαιρετικές αυτό το αλλότροπο του άνθρακα (πολύ καλός αγωγός της θερμότητας και του ηλεκτρισμού, δεκάδες φορές πιο ανθεκτικό στην κρούση σε σχέση με τον σίδηρο, διαφανές), δημιουργήθηκε εργαστηριακά μόλις το 2003. Και απο τότε οι χρήσεις του διαρκώς επεκτείνονται.

Από τους οραματισμούς στο μικροσκόπιο

Πολλές φορές συμβαίνει οι οραματισμοί των τεχνοεπιστημόνων σχετικά με  το ποιες πρόκειται να είναι οι μελλοντικές εξελίξεις στο ένα ή στο άλλο πεδίο να προηγούνται αρκετά χρόνια από τις πραγματικές θεωρητικές και πρακτικές εξελίξεις και μετασχηματισμούς. Γι’ αυτό το λόγο κείμενα που έχουν γραφτεί και εκτεθεί δημόσια στο παρελθόν μπορούν να περαμένουν στην αφάνεια ή και στην ασημαντότητα, μέχρι να χρειαστεί να επιστρατευτούν στα πλαίσια της καπιταλιστικής τεχνολογικής αναδιάρθρωσης. Με αυτό τον τρόπο κατασκευάζεται μια συνέχεια στην αφήγηση της ιστορίας των επιστημών και των τεχνολογικών επιτευγμάτων της με προφανή ιδεολογικό ρόλο για τους υπηκόους. Το λιγότερο που συμβαίνει είναι η συσκότιση των ιστορικών συνθηκών και αναγκαιοτήτων του κεφαλαίου μέσα από τις οποίες προωθείται και παράγεται η έρευνα και η τεχνολογία.

Μέσα σε αυτές τις συνθήκες μια ομιλία του, διάσημου στο πεδίο του, θεωρητικού φυσικού Richard Feynman [4Εκτός από το νόμπελ φυσικής για την εργασία του στην κβαντική ηλεκτροδυναμική, το βιογραφικό του Feynman περιλαμβάνει και τη συμμετοχή του στο σχέδιο Μανχάταν• στην προσπάθεια, δηλαδή, κατασκευής της πρώτης ατομικής βόμβας.] που δόθηκε το 1959 με τίτλο “There is plenty of room at the bottom” σχετικά με τη δυνατότητα χειρισμού μεμονωμένων ατόμων θεωρήθηκε ετεροχρονισμένα σαν η θεωρητική αφετηρία της νανοτεχνολογίας. Θα μεταφέρουμε εδώ ένα απόσπασμα που αφορά την επίδραση που είχαν στα λεγόμενα αυτής της ομιλίας του 1959, οι σχετικά πρόσφατες βιολογικές “ανακαλύψεις” της εποχής.

Το βιολογικό παράδειγμα εγγραφής πληροφοριών σε μικρή κλίμακα με έχει εμπνεύσει ώστε να σκεφτώ κάτι που θα μπορούσε να είναι εφικτό. Η βιολογία δεν είναι απλώς η εγγραφή πληροφοριών· αλλά κάνει και κάτι σχετικά με αυτήν. Ένα βιολογικό σύστημα μπορεί να είναι υπερβολικά μικρό. Πολλά από τα κύτταρα είναι πολύ μικροσκοπικά, αλλά είναι και πολύ δραστήρια· κατασκευάζουν διάφορες ουσίες· περιφέρονται· συστρέφονται σπασμωδικά· και κάνουν όλων των ειδών τα θαυμάσια πράγματα – όλα αυτά σε πολύ μικρή κλίμακα. Επιπλέον, αποθηκεύουν πληροφορία. Θεωρείστε τη δυνατότητα να μπορούμε να φτιάξουμε ένα πράγμα πολύ μικρό το οποίο κάνει αυτό που εμείς θέλουμε - ότι μπορούμε να κατασκευάσουμε ένα αντικείμενο που ελίσσεται σε αυτή τη στάθμη!

Η βιολογία και η θεωρία πληροφοριών είχαν ήδη αρχίσει να συνθέτουν τις τάσεις προς το νέο βιοπληροφορικό παράδειγμα. Και αν τα κύτταρα των ζωντανών οργανισμών μπορούν να “εγγράφουν πληροφορία” και να εργάζονται προς αυτό το σκοπό, γιατί να μην μπορεί να συμβαίνει το ίδιο και με οποιοδήποτε σωματίδιο της ίδιας ή και μικρότερης κλίμακας; Η ιδέα των μηχανών που θα μπορούσαν να κατασκευάζουν με τρόπο μηχανικό, άτομο προς άτομο ή μόριο προς μόριο, άλλες μηχανές και υλικά αποκτά με αυτό τον τρόπο τη δική της μεταφυσική μέσα από τη μίμηση των βιολογικών διεργασιών αφού αυτές έχουν εκληφθεί και αναλυθεί σα βιοπληροφορικοί μηχανισμοί.

Σε ένα άλλο σημείο του ίδιου κειμένου ο Feynman αναφερόμενος σε πιθανές πρακτικές εφαρμογές εκθέτει τις ''ξέφρενες ιδέες” (όπως ο ίδιος τις χαρακτηρίζει) του φίλου του και άλλοτε διδακτορικού φοιτητή του Albert Hibbs:

Θα ήταν ενδιαφέρον για τη χειρουργική, αν θα μπορούσαμε να καταπιούμε το χειρούργο. Τοποθετείς τον μηχανικό χειρούργο μέσα σε ένα αιμοφόρο αγγείο και πηγαίνει μέσα στην καρδιά να “ρίξει μια ματιά” [...] βρίσκει ποια βαλβίδα είναι ελαττωματική παίρνει ένα μικρό μαχαίρι και την κόβει. Άλλες μικρές μηχανές θα μπορούσαν να είναι μόνιμα ενσωματωμένες στο σώμα ώστε να υποβοηθούν κάποιο όργανο που λειτουργεί ανεπαρκώς.
Και τώρα έρχεται η ενδιαφέρουσα ερώτηση: Πώς μπορούμε να φτιάξουμε έναν τόσο μικροσκοπικό οργανισμό; [...]

Στα όρια της επιστημονικής φαντασίας, για την εποχή του, το κείμενο αυτό ήταν λογικό και αναμενόμενο να μείνει στην αφάνεια για αρκετά χρόνια. Ήταν όμως αρκετό ώστε να δώσει, εκ των υστέρων, στον ήδη διάσημο καθηγητή Feynman έναν ακόμα τίτλο - αυτόν του “πατέρα της νανοτεχνολογίας”. Στην πραγματικότητα ο όρος 'νανο-τεχνολογία' χρησιμοποιήθηκε αρκετά χρόνια αργότερα, αρχικά από τον Ιάπωνα Norio Taniguchi το 1974 σχετικά τις τεχνικές κατασκευής ημιαγωγών υλικών στην κλίμακα του νανόμετρου. Αλλά η μαζική διάδοση του όρου αυτού τοποθετείται το 1986 και αποδίδεται στο μηχανικό Eric Dexler, ο οποίος εμπνεόμενος από τους οραματισμούς του Feynman περιγράφει τη δικιά του εκδοχή για τη νανοτεχνολογία στο βιβλίο του “Engines of Creation: The Coming Era of Nanotechnology”.  Κινούμενος μεταξύ των τότε σύγχρονων επιτευγμάτων της μοριακής βιολογίας, της χημείας και της τεχνολογίας υλικών και φτάνοντας μέχρι σενάρια επιστημονικής φαντασίας και μαζικής καταστροφής, ο Dexler οραματίζεται μια νέα τεχνολογική επανάσταση (breakthrough). Μια τέτοια επανάσταση περιλαμβάνει αυτο-αναπαραγώμενους νανο-συναρμολογητές ελεγχόμενους από συστήματα τεχνητής νοημοσύνης, που θα είναι ικανοί να κατασκευάσουν και να επισκευάσουν τα πάντα: διαστημόπλοια, ουρανοξύστες, το φυσικό περιβάλλον, τα ανθρώπινα κύτταρα - εξασφαλίζοντας την υπεραιωνόβια ζωή, αν όχι την αθανασία - και φυσικά (!) αυτές οι μηχανές θα ήταν ικανές να καταστήσουν (για άλλη μία φορά στην ιστορία!) άχρηστη την ανθρώπινη εργασία. Επιπλέον, σύμφωνα πάντα με τον Dexler το κράτος που θα πραγματοποιήσει πρώτο το συγκεκριμένο τεχνολογικό άλμα, θα αφήσει δεκαετίες πίσω όσα άλλα κράτη δεν καταφέρουν να ακολουθήσουν σε έναν ικανοποιητικό βαθμό τις εξελίξεις, χώρια ο κίνδυνος για νέα όπλα μαζικής καταστροφής και πάει λέγοντας...

Το συγκεκριμένο βιβλίο του είδους της εκλαϊκευμένης φουτουριστικής μηχανικής, θα μπορούσε να συγκριθεί με αρκετά προγενέστερα ή μεταγενέστερα μυθιστορήματα επιστημονικής φαντασίας και να χάσει. Πιθανώς, δεν θα ήταν άξιο αναφοράς αν δεν συνέβαινε να έχει δώσει ένα κομμάτι του τίτλου του σε μια πληθώρα σύγχρονων τεχνολογικών εφαρμογών. Παρόλα αυτά η δυνατότητα εξεύρεσης αποδοτικών τεχνικών κατασκευής με ακρίβεια του είδους άτομο-προς-άτομο αποτελεί κατά κάποιον τρόπο το holy grail της υπόθεσης, ενώ οι χρηματοδοτήσεις για την έρευνα και την ανάπτυξη των νανοτεχνολογιών εκταμιεύονται και προς αυτήν την κατεύθυνση.

[...]

Rorre Margorp

...η συνέχεια στο έντυπο τεύχος του Cyborg.
[ σημεία διακίνησης ]

Νανοτεχνολογίες

Σημειώσεις

1 - Αναφερόμαστε στο μεγάλο επιταχυντή ανδρονίων (Large Hadron Collider - LHC) του CERN. Στην ιστοσελίδα του CERN, ο LHC αναφέρεται θριαμβευτικά ως η 'μεγαλύτερη μηχανή του κόσμου', ακόμα κι αν τα σωματίδια που εξετάζει είναι τα μικρότερα δυνατά...
[ επιστροφή ]

2 - Ο ορισμός αυτός προέρχεται από την επίσημη εναρκτήρια αναφορά σχετικά με τον οργανισμό αυτό, με τίτλο: “National Technology Initiative: Leading to the Next Industrial Revolution” και ημερομηνία έκδοσης το Φλεβάρη του 2000.
[ επιστροφή ]

3 - Συνηθίζεται επίσημα, ο όρος “νανοτεχνολογία” να χρησιμοποιείται στον ενικό. Στη συνέχεια του κειμένου όπως και στον τίτλο χρησιμοποιούμε τον όρο και στον πληθυντικό, καθώς όπως θέλουμε να δείξουμε και από την αρχή δεν πρόκειται για έναν ενιαίο τομέα της τεχνοεπιστήμης, αλλά περιλαμβάνει μια ποικιλία διαφορετικών μεταξύ τους τεχνολογιών και περιοχών εφαρμογής.
[ επιστροφή ]

4 - Εκτός από το νόμπελ φυσικής για την εργασία του στην κβαντική ηλεκτροδυναμική, το βιογραφικό του Feynman περιλαμβάνει και τη συμμετοχή του στο σχέδιο Μανχάταν· στην προσπάθεια, δηλαδή, κατασκευής της πρώτης ατομικής βόμβας.
[ επιστροφή ]

κορυφή