מהי ננוטכנולוגיה - דוגמאות, יישומים וסיכונים עתידיים
כל מה שיש לו אופי גופני - בני אדם, צמחים, מינרלים, אוויר - מורכב משילובים של אטומים ומולקולות הקשורים זה לזה באמצעות צורה או מטען אלקטרוני. מניפולציה של אטומים בקנה מידה ננו תאפשר תיאורטית לבני אדם לשחזר את הכל מיהלומים למזון.
למרות שהיתרונות של טכנולוגיה כזו הם אינספור כמעט, היא יצרה דאגה רבה בקרב חלקם כי מניפולציה מולקולרית עשויה להביא ללא ידיעה יותר בעיות מאשר פתרונות - עד להכחדה אנושית. ארגונים כמו "ידידי כדור הארץ באוסטרליה", אנשים הנוטים לכיוון פראי במקסיקו ועמותת הצרכנים האורגניים באמריקה מתנגדים באופן פעיל לכל פיתוח נוסף של פרויקטים בקנה מידה ננו..
מהי "קנה מידה" ומדוע חשוב?
ננו-טכנולוגיה היא המדע העוסק במניפולציה של חומר בקנה מידה אטומי, מולקולרי וסופרמולקולרי - או במילים אחרות, הרבה יותר קטן ממה שהעין בלתי מזוינת יכולה לראות. כל ננומטר הוא מיליארדית המטר - בערך האורך שהציפורן גדלה בשנייה אחת. בכדי לשים את זה בפרספקטיבה, שיער אדם רוחב בערך 80,000 עד 100,000 ננומטר, תא דם אדום הוא 2,500 ננומטר, וחוט של DNA אנושי בקוטר 2.5 ננומטר..
רק באמצעות פיתוח מכשירי דיוק יוצאי דופן, כמו מיקרוסקופ המנהור הסורק ומיקרוסקופ הכוח האטומי, ננוטכנולוגיה הפכה אפשרית. ההבטחה והסיכון שלה נובעים מההבנה ההולכת וגוברת שלנו בפיזיקה קוונטית, העוסקת באובייקטים קטנים במיוחד. באופן מפתיע, התנהגותם של חומרים בקנה מידה ננו מנוגדת לרוב לתכונותיהם בקנה מידה גדול יותר.
לדוגמה, חומרים בצורת בתפזורת שאינם יכולים לשאת מטען חשמלי - מבודדים - עשויים להפוך למוליכים למחצה ברמה של ננו, בדיוק כפי שנקודות התכה ותכונות פיזיות אחרות עשויות להשתנות. קולה מאלומיניום יכולה לקרקע לאבקה של 20 עד 30 ננומטר עשויה להתלקח באופן ספונטני באוויר - מאפיין ההופך אותה לזרז דלק רקטות. באופן דומה, גם יהלום וגם הגרפיט בעפרון עשויים מפחמן, אך יש להם תכונות שונות בהרבה בגלל האופן שבו אטומי הפחמן קשורים.
ננו-טרמינולוגיה
ככל שהמדע התרחב בתחום "הננו", כך גם המינוח. להלן כמה הגדרות בסיסיות:
- ננו-טכנולוגיה: כל טכנולוגיה, כולל תהליכים תעשייתיים וכימיים מסורתיים, המערבת מבנים בין מאה ננומטר עם תכונות חדשות. ציפויים ננו-טכנולוגיים כבר בשימוש לייצור בגדים עם סיבים עמידים בפני כתמים ותחליבי קרם הגנה עתירי ביצועים, למשל.
- מפעלי ננו: בקנה מידה ננו, כל שיטת ייצור היא פשוט שיטה לסידור אטומים. המכונים גם "מכלולים מולקולריים", ננו-מפעלים הם יחידות ייצור קטנות וסגורות של מערכת סגורה, המתמרנות, משלבות ומתמרנות מולקולות תגוביות לבניית מבנים פיזיקליים וביולוגיים מורכבים - ממינרלים, לאיברי אדם ועצמות. תא אנושי בודד הוא הדוגמא המושלמת ליחידת ייצור מולקולרית ביולוגית, או ננו-מפעל, הקוראת חומר גנטי דיגיטלי (DNA) כדי להנחות את תהליך השילוב. ג'ון בורץ 'ממכון פורסייט צופה כי יישומים של הנדסה מולקולרית ביולוגית וייצור צריכים להתרחב ולהתפתח במהירות עד אמצע המאה ה -21..
- Nanobots: אלה הם מוצרים של ננו-מפעלים, אך לא צפויים לשכפל או לכוון את עצמם. ננו-רובוטים נופלים בצומת של ננו-טכנולוגיה ורובוטיקה והם מדע בדיוני יותר מאשר מדע, בנקודה זו. עם זאת, בהחלט קיימות אפשרויות מסקרנות לשימושן, במיוחד בגופי אדם. יש עתידנים מקרינים כי ננו-רובוטים עשויים יום אחד לנסוע בזרם הדם ולחפש תאים חולים ספציפיים ולטפל בהם. דוגמה יכולה להיות ננו-רוב שתוקף רק סרטן מסוג מסוים ומשמיד אותו.
שימושים עכשוויים ובעתיד בתחום הננו-טכנולוגיה
על פי נתוני האגודה לטוקסיקולוגיה, ההתקדמות בתחום הננו-טכנולוגיה מייצרת כבר מגוון חומרים חדשים. הם גם מתאימים חומרים ישנים, כמו פחמן, ובכך נותנים להם "פוטנציאל גדול לשיפור מוצרים צרכניים ותעשייתיים, מענה לצרכי אנרגיה קריטיים, שיפור מערכות אבטחה ושיפור התחום הרפואי."
צינורות פחמן - תארו לעצמכם גיליון של אטומי פחמן שהתגלגלו - מופיעים כעת במוצרי צריכה כמו מחבטי טניס ומועדוני גולף. הם מציגים פי 200 מהעוצמה וחמש פעמים את גמישות הפלדה, פי חמש מוליכות החשמל של נחושת, ומחצית מהצפיפות של האלומיניום. בנוסף, הם אינם מחלידים, מבזרים מקרינה, או מתרחבים או מתכווצים עם שינוי טמפרטורה. בעניין זה, הערעור של יישומם במוצרים כמו מכוניות ומטוסים הופך להיות די ברור.
פרויקט הננו-טכנולוגיות המתעוררות בווירג'יניה טק מונה למעלה מ- 1,790 מוצרי צריכה קיימים המאפשרים ננו, כולל סדינים מכותנה, מסיר שומנים, פירי גולף, צבע וקוסמטיקה. ישנם מדענים שחזו כי בסופו של דבר ניתן לפתח תאים סולאריים בעמידות כזו ובעלות נמוכה כזו שתאפשר את השימוש בהם בגגות, מדרכות וכבישים - לפנות מקום לאספקת אנרגיה בלתי מזוהמת, בשפע וזולה..
דוגמאות ספציפיות למוצרים קיימים המשתמשים בננו-טכנולוגיה כוללות את הדברים הבאים:
- מערכת MineralWater של סלדון טכנולוגיות היא מכשיר סינון של צינורות פחמן ננו שמסיר פתוגנים ומזהמים כמו וירוסים, חיידקים, ציסטות ונבגים בכדי לספק מים שתייה העולה על תקן מי השתייה USEPA.
- הדיו של צינור הפחמן של לינדה אלקטרוניקה מיועדת לתצוגה, חיישנים והתקנים אלקטרוניים כמו סמארטפון עם מסך הפעלה או מכשיר GPS שנראה מוטבע בשמשה הקדמית של מכונית.
- מוצרי קרם הגנה הכוללים חלקיקי ננו תחמוצת טיטניום או תחמוצת אבץ משקפים או סופגים אור אולטרה סגול הגורם לסרטן. מוצרים אלה הם בלתי נראים וארוכי טווח, ובעלי חומרים מגרים ואלרגנים נמוכים יותר מאשר מסנני קרינה מסורתיים.
- תחבושות רבות ללא מרשם מכילות כיום חלקיקים של כסף המונעים זיהום סביב חתכים ושחיקות, ובאופן יעיל מתמזגים משחה אנטיביוטית עם התחבושת.
- נוזלים בריכות שחייה אנטיבקטריאליות. אלה יעילים יותר במאבק בחיידקים מזיקים תוך הפחתת חשיפת השחיינים לכימיקלים הקשים של מוצרים קודמים.
כפי שמוקרן על ידי מכון פורסייט, היתרונות היומיומיים של זמינות מוגברת של מפעלי ננו יכללו את הדברים הבאים:
- ננו-רובוטים רפואיים המרפאים מחלות והזדקנות הפוכה. רוברט פרייטס, עמית מחקר בכיר במכון לייצור מולקולרי, מקרין בסדרת הספרים Nanomedicine עתיד בו מכניסים ננו-רובוטים רפואיים לגוף האדם לביצוע ניתוחים תאיים ומיקרוסקופיים, תיקון פציעות ספציפיות ומסיירים בגוף כדי לזהות ולהתנגד למחלות. . באתר האינטרנט של המכון לאתיקה וטכנולוגיות מתפתחות, תיאר בורץ 'תרחיש בו גלולה נטועה תספק לחומרים מולקולריים הוראות לננו-רובוטים ליצירת נוירונים חדשים שיחליפו תאי מוח פגועים או גוססים. תאי המוח החדשים הללו יעבדו מידע הרבה יותר מהר מאשר מוח ביולוגי, בדיוק כמו שגפה מלאכותית יכולה להיות חזקה יותר מזרוע או רגל אנושית.
- עלות מופחתת של מוצרים מיוצרים. עלויות בסיסיות ייפלו לערך של חומרי גלם כמו פחמן, חנקן וחמצן והאנרגיה הנדרשת להפעלת ננו-מפעל. דמיין רכב הבנוי מסיבי פחמן ונוצר במפעלים ננו-ולא מחומרים הדורשים כרייה, עיבוד ותצורה. תיאורטית, כמעט כל חומר או חפץ ניתן להרכיב מלמטה למעלה על ידי שילוב של ננו-מפעלים. תוצאות בהיקף גדול מתרחשות כאשר משלבים תהליכים ננומטריים סימולטניים וסינרגיסטיים. אריק דרקסלר, מהנדס אמריקני הידוע בפופולריות של ננו-טכנולוגיה, צופה עתיד של מפעלים בראש שולחן המייצרים מוצרים גדולים ושימושיים, בדומה ל"משכפל "של תהילת" מסע בין כוכבים ". למעשה, ביוני 2014, המכון למדעי הבריאות של נסטלה הודיע על פרויקט חדש שעלול להוביל בסופו של דבר ל"מכונת מטבח שיכולה ליצור תוספי מזון מותאמים - או אפילו אוכל. "
- פיתוח בינה כללית מלאכותית (AGI). על פי נתוני מכון פורסייט, מפעלי ננו יכללו מערכות מכונות לעבודה הנדסית וטכנית, אשר בתורו, ייצרו מחשבים חזקים ואלפי פעמים יותר ממחשבים קיימים. ככל שמכונות לומדות ומעבירות ידע מיישום או סביבה ליישום אחר, ההתקדמות המהירה הופכת להיות סבירה. עם זאת, יש שאלה כמה מהר ניתן להשיג AGI. מאז 1990, פרס של 100,000 $ זמין לכל מי שהמכונה שלו יכולה להטעות שופטים עצמאיים לחשוב שהיא אנושית תוך כדי שיחה בצורת חופש. הפרס טרם הוענק.
- ביטול זיהום כימי תעשייתי. מכיוון שכל אטום במלאי מזון אורגני משמש בתוצר הסופי, או מופנה לפסולת ארוזה כראוי, אין אטומים מזהמים משתחררים לסביבה. לדוגמה, פחם טבעי מייצר מזהמים כמו דו תחמוצת הגופרית, תחמוצות חנקן, חלקיקים פיסיים הנישאים באוויר וכספית בעת שריפתם. בניית דלק מלאכותי שמבטל תוצרי לוואי, או ממיר אותם לצורה לא מזיקה, יהיה בריא ופחות יקר.
הסכנות והסיכונים של הננו-טכנולוגיה
אפילו חסידי הננו-טכנולוגיה, כמו בורץ 'ודרקסלר, מכירים בפוטנציאל שלה לפגוע ואולי גם להשמיד את המין האנושי אם הטכנולוגיה אינה מבוקרת או מכוונת לא נכון. ההשפעות שעלולות להזיק כוללות את הדברים הבאים:
- אוכלוסיית יתר. שיעור התמותה של בני אדם מעל גיל 80 ירד בכ- 1.5% לשנה מאז שנות השישים. רוברט פרייטס, ג'וניור, מציע כי ההתקדמות בננו-טכנולוגיה תבטל את כל המחלות הגנטיות ותאט את ההזדקנות, "תגדיל את מרחב הבריאות של האדם לפחות פי עשרה." אם עלייה באורך החיים לא תפחית לידות, המין האנושי היה מתרחב באופן אקספוננציאלי, מחמיר את המתחים החברתיים ומשאבים פוטנציאליים למיצוי..
- עלייה בפשיעה ובטרור. כלי נשק כימיים וביולוגיים עלולים להפוך קטלניים וקלים יותר להסתרה או למעקב, במיוחד אם הם יהיו זמינים בשוק השחור או שניתן לבנות אותם במפעל ביתי. תיאורטי ננו יכול היה באופן תיאורטי לייצר נשק אנטי-אדם אינטליגנטי בגודל של חרק המסוגל לשאת מנה קטלנית של בוטוליזם. ניתן לארוז את מספר כלי הנשק מסוג זה שיכולים להרוג כל בן אנוש בכוכב הלכת במזוודה אחת.
- הפער בין מקלטים ללינה. פיתוחים בתחום הננו-טכנולוגיה עשויים להיות יקרים בתחילה וכתוצאה מכך מוגנים על ידי שכבות של פטנטים, חוקים ומחסומים אנטי-תחרותיים. בהתאם, יתרונות העלויות הנמוכות ככל הנראה יהיו מוגבלים לבעלי הטכנולוגיה. עוני ופיזור הכנסה עלולים להיות מוגזמים יותר ובכך לייצר אי שקט חברתי.
- קונפליקטים סביב אמונות וסגנון חיים דתי. ברחבי העולם אסורים או מוגבלים מוצרים על בסיס עקרונות דתיים או מוסריים שאינם בהכרח משותפים לרוב. דוגמאות לכך כוללות אקדחים בבריטניה, אלכוהול בחברות מוסלמיות וסמים לבידור במדינות שונות. היכולת לייצר מוצרים אסורים במפעלים ננו-אישיים עלולה לגרום לשיבוש באותן חברות.
- המראה של "גו גריי." יש מדענים המודאגים מכך שננו-מפעלים המשכפלים את עצמם עלולים להפעיל אמוק, לאכול את הביוספרה במאמץ תזזיתי ליצור עותקים בלתי מוגבלים של עצמם. כשם שהתנהגות אנטי-חברתית אינה ניתנת להתנגדות לאחוז מסוים מהאוכלוסייה - כפי שמעידים מספר נגיפי המחשב הקיימים - סביר להניח שאנשים וקבוצות חסרי אחריות יוצרים ננו-מפעלים המשכפלים את עצמם, ובכך יגדילו את האפשרות לאסון.
מילה אחרונה
סטיב יורווטסון, מנכ"ל חברת ההון סיכון דרייפר פישר יורווטסון, טוען כי עתיד הננוטכנולוגיה אינו עניין של "אם", אלא "מתי". ג'וש וולף, מייסד שותף של לוקס קפיטל ועורך דו"ח פורבס / וולף ננוטק, מסכים ואומר שהכל - בגדים, אוכל, מכוניות, דיור, רפואה, מכשירי תקשורת, האוויר שאנו נושמים והמים שאנחנו שותים - יעבור " שינוי עמוק ויסודי. וכתוצאה מכך, גם המבנה החברתי והכלכלי של העולם יהיה. "
האם הננוטכנולוגיה תהיה "אבן הפילוסוף" המסוגלת לממש כל משאלה, או פתיחת תיבת פנדורה, תוך שחרור תלאות בלתי נתפסות וזוועות על חיי אדם כפי שאנו מכירים זאת?
