Kunstnerens opfattelse af en bio-nanorobot. Billedkredit: NASA. Klik for at forstørre
Når det drejer sig om at tage det næste “kæmpespring” inden for rumforskning, tænker NASA lille - virkelig lille.
I laboratorier rundt om i landet støtter NASA den spirende videnskab inden for nanoteknologi. Den grundlæggende idé er at lære at håndtere stof i atomskalaen - at være i stand til at kontrollere individuelle atomer og molekyler godt nok til at designe molekylstørrelsesmaskiner, avanceret elektronik og “smarte” materialer.
Hvis visionære har ret, kan nanoteknologi føre til robotter, du kan holde på fingerspidsen, selvhelbredende rumdragter, rumheiser og andre fantastiske enheder. Nogle af disse ting kan tage 20+ år at udvikle sig fuldt ud; andre tager form på laboratoriet i dag.
At gøre tingene mindre har sine fordele. Forestil dig for eksempel, hvis Mars rovers Spirit og muligheden kunne have været lavet så lille som en bille, og kunne krybe over klipper og grus som en bille kan, prøve mineraler og søge efter ledetråde til historien om vand på Mars. Hundrede eller tusinder af disse mindre robotter kunne have været sendt i de samme kapsler, der bar de to skrivebordsstørrelser, hvilket gjorde det muligt for forskere at udforske meget mere af planetens overflade - og øge chancen for at snuble over en fossiliseret Martian-bakterie!
Men nanotech handler om mere end bare at krympe ting. Når forskere bevidst kan bestille og strukturere stof på molekylært niveau, dukker nogle gange fantastiske nye egenskaber op.
Et fremragende eksempel er den elskede af nanotek-verdenen, carbon nanotube. Kulstof forekommer naturligt som grafit - det bløde, sorte materiale, der ofte bruges i blyantledninger - og som diamant. Den eneste forskel mellem de to er indretningen af carbonatomer. Når forskere arrangerer de samme kulstofatomer i et ”kyllingetråd” -mønster og ruller dem op til kun små atomer på tværs, får de resulterende “nanorør” nogle ret ekstraordinære egenskaber. Nanorør:
- har 100 gange stålstyrken, men kun 1/6 af vægten;
- er 40 gange stærkere end grafitfibre;
- led elektricitet bedre end kobber;
- kan være enten ledere eller halvledere (som computerchips), afhængigt af arrangementet af atomer;
- og er fremragende varmeledere.
Meget af den aktuelle nanoteknologiforskning overalt i verden fokuserer på disse nanorør. Videnskabsmænd har foreslået at bruge dem til en lang række anvendelser: i det høje styrke, lavvægtskablet, der er nødvendigt til en rumhejs; som molekylære ledninger til nanoskala-elektronik; indlejret i mikroprocessorer for at hjælpe med at sifon af varmen; og som små stænger og gear i nanoskala-maskiner, bare for at nævne nogle få.
Nanorør figurerer prominent i forskning, der udføres på NASA Ames Center for Nanotechnology (CNT). Centret blev oprettet i 1997 og beskæftiger nu ca. 50 forskere på heltid.
”[Vi] prøver at fokusere på teknologier, der kan give brugbare produkter inden for få år til et årti,” siger CNT-direktør Meyya Meyyappan. ”Vi ser for eksempel på, hvordan nanomaterialer kan bruges til avanceret livsstøtte, DNA-sequencere, ultra-magtfulde computere og små sensorer til kemikalier eller endda sensorer til kræft.”
En kemisk sensor, de udviklede ved hjælp af nanorør, planlægges at flyve en demonstrationsmission ud i rummet ombord på en Navy-raket næste år. Denne lille sensor kan detektere så lidt som et par dele pr. Milliard specifikke kemikalier - lignende giftige gasser - hvilket gør det nyttigt til både rumfartsundersøgelse og hjemforsvar. CNT har også udviklet en måde at bruge nanorør til at afkøle mikroprocessorer i personlige computere, en stor udfordring, efterhånden som CPU'er bliver mere og mere magtfulde. Denne køleteknologi er licenseret til en Santa Clara, Californien, start-up kaldet Nanoconduction, og Intel har endda udtrykt interesse, siger Meyyappan.
Hvis disse brug af nanoteknologi på kort sigt virker imponerende, er de langsigtede muligheder virkelig forbløffende.
NASA Institute for Advanced Concepts (NIAC), en uafhængig, NASA-finansieret organisation beliggende i Atlanta, Georgien, blev oprettet for at fremme fremadskuende forskning på radikale rumteknologier, der vil tage 10 til 40 år at komme til udførelse.
For eksempel finansierede en nylig NIAC-bevilling en mulighedsundersøgelse af nanoskalafremstilling - med andre ord ved hjælp af et stort antal mikroskopiske molekylære maskiner til at fremstille et hvilket som helst ønsket objekt ved at samle det atom for atom!
Dette NIAC-tilskud blev tildelt Chris Phoenix fra Center for Ansvarlig Nanoteknologi.
I sin 112-siders rapport forklarer Phoenix, at en sådan "nanofactory" kunne producere, for eksempel, rumfartøjsdele med atompræcision, hvilket betyder, at hvert atom i objektet er placeret nøjagtigt, hvor det hører hjemme. Den resulterende del ville være ekstremt stærk, og dens form kan være inden for et enkelt atoms bredde af det ideelle design. Ultraglatte overflader behøver ikke polering eller smøring, og de vil næsten ikke lide "slid" over tid. En sådan høj præcision og pålidelighed af rumfartøjsdele er af største vigtighed, når astronauternes liv står på spil.
Skønt Phoenix skitserede nogle designideer til en nanofabrik på skrivebordet i sin rapport, anerkender han, at - i stedet for et “Nanhatten-projekt” med stort budget, som han kalder det, er en fungerende nanofabrik mindst et årti væk og muligvis meget længere.
Constantinos Mavroidis, direktør for Computational Bionanorobotics Laboratory ved Northeastern University i Boston, undersøger en alternativ signal fra biologi:
I stedet for at starte fra bunden anvender koncepterne i Mavroidis NIAC-finansierede undersøgelse allerede eksisterende, funktionelle molekylære "maskiner", der kan findes i alle levende celler: DNA-molekyler, proteiner, enzymer osv.
Formet af evolution gennem millioner af år er disse biologiske molekyler allerede meget dygtige til at manipulere stof i molekylær skala - det er grunden til at en plante kan kombinere luft, vand og snavs og producere en saftig rød jordbær, og en persons krop kan konvertere sidst nattens kartoffelmiddag ind i dagens nye røde blodlegemer. Omarrangering af atomer, der gør disse feats mulige, udføres af hundreder af specialiserede enzymer og proteiner, og DNA lagrer koden til fremstilling af dem.
At gøre brug af disse “forberedte” molekylære maskiner - eller bruge dem som udgangspunkt for nyt design - er en populær tilgang til nanoteknologi kaldet “bio-nanotech.”
"Hvorfor opfinde hjulet igen?" Siger Mavroidis. ”Naturen har givet os al denne store, raffinerede nanoteknologi inde i levende ting, så hvorfor ikke bruge det - og prøve at lære noget af det?”
De specifikke anvendelser af bio-nanotech, som Mavroidis foreslår i sin undersøgelse, er meget futuristiske. En idé involverer drapning af en slags ”edderkoppens web” af hårtynde rør fyldt med bio-nanotek sensorer over adskillige miles af terræn, som en måde at kortlægge miljøet på en fremmed planet i detaljer. Et andet koncept, han foreslår, er en "anden hud" til astronauter at bære under deres rumdragter, der vil bruge bio-nanotech til at føle og reagere på stråling, der trænger ind i dragt, og til hurtigt at forsegle alle snit eller punkteringer.
Futuristisk? Sikkert. Muligt? Måske. Mavroidis indrømmer, at sådanne teknologier sandsynligvis er flere årtier væk, og at teknologi indtil videre i fremtiden sandsynligvis vil være meget anderledes end hvad vi forestiller os nu. Stadig, siger han, at han mener, at det er vigtigt at begynde at tænke over, hvad nanoteknologi muligvis vil gøre mange år nede på vejen.
I betragtning af at livet i sig selv på en måde er det ultimative eksempel på nanotek, er mulighederne virkelig spændende.
Original kilde: NASA News Release
