MONATO

ESTONTECO

Mikroskope vastaj horizontoj

Per siaj atomludoj sciencistoj malfermas pordojn al nekredebla estonto.

Kelkaj homoj - ni ĉiuj scias - ŝatas hobie etmodeli, refari objektojn laŭ malgrandigita skalo. Tiele, en iuj ĉambroj de la Bell-laboratorioj (granda esplorcentro en la usona ŝtato Nov-Ĵerzejo), vi kredus esti inter personoj dediĉantaj sin al ekstrema etmodeligo. Ili fakte faras elektromotorojn ne pli grandajn ol ruĝa globulo, levilojn laŭmezure de polvero, turbinojn maldikajn kiel haro, dentradojn pli etajn ol formiko ...

Vin trafos tamen la dubo, ĉu eble temas ne pri hobio, sed pri serioza esplorlaboro (al tiuj personoj oni ja pagas!). Kaj fakte precize tiel estas, kaj tia esploro multe pli gravas ol kiom ŝajnas.

Feynman kaj “Nova kampo”

Inspiranto de la “teknologio liliputa” estis en 1960 la usona fizikisto Richard Phillips Feynman, kiu precize en tiu jaro aperigis la artikolon “Spaco abundas, sube” (There's Plenty of Room at the Bottom), kies subtitolo estis “Invito eniri novan kampon de fiziko”. Tiun novan kampon oni baptis nur 20 jarojn poste, nomante ĝin nanoteknologio, sed jam Feynman rimarkis kaj skizis kelkajn eblojn. Se la volumojn de Encyclopaedia Britannica oni malgrandigus ĉirkaŭ 25 000-one, ilia tuta enhavo kun bildoj senĝene kuŝus en pinglokapo. Kompreneble, tia faro ne tre utilus, sed eĉ nur mensludo per tiu ideo povas malfermi interesajn disvolviĝojn. Pri komputiloj, ekzemple: se iliaj elementoj estus treege pli malgrandaj ol la nuntempaj, ilia efikeco milionoble pliiĝus, kaj eble aperus kapabloj kvalite elstaraj, kiel saĝo aŭ kreivo. Kaj oni povus realigi - imagis krome Feynman - liliputajn fabrikojn, kie etaj maŝinoj konstruu aliajn maŝinojn pli etajn, kiuj siavice konstruu eĉ pli etajn ... utiligeblajn en kampoj kuraca, neŭrologia, spaca.

Laŭ kutima senco, “nano” indikas estulon pli malgrandan ol la normalaj samspecianoj. Laŭ scienca uzado, “nano” posedas pli precizan signifon: egala al miliardono. Ĉi-sence, nano-teknologio rilatas al mikroskopaj strukturoj mezurataj laŭ nanometroj, kiuj estas miliardonoj de metro. Krom Feynman, pluraj sciencistoj direktis sian intereson al tiu “nova fiziktipo”, sed nur dum la 80aj jaroj ĝi ĉesis esti nur granda revo kaj komencis fariĝi malgranda realo.

Ludi per atomoj

Tiun improvizan ŝanĝiĝon ebligis nova invento, la “mikroskopo skananta per tunel-efiko” realigita en 1981 fare de Gerd Binning kaj Heinrich Röher ĉe IBM-Laboratorioj en Rüschlikon (Svisio), kaj ebliganta “vidi” la atomojn de surfaco. Ĝi konsistas el treege akra pinto el tungsteno, lokata je malmultaj anstromoj (dekmiliononoj de milimetro) super la ekzamenota surfaco. Sendante tra la pinto tre malfortan kurenton, kaj uzante retroaktivan aparaton, oni povas teni la pinton en konstanta distanco al la surfacaj atomoj. Dum la pinto moviĝas tien kaj reen laŭ paralelaj linioj, kreiĝas tridimensia bildo de la surfaco tiom preciza, ke aperas la profilo de la atomoj, kvazaŭ pakita globetaro.

Kromefikon de la skanmikroskopo oni malkovris en 1987: la instrumento permesas ne nur vidi la atomojn, sed eĉ ilin pluki unu post la alia kaj laŭplaĉe deloki! En 1990 Donald M. Eigler kaj Erhard K. Schweizer, esploristoj ĉe la IBM-Laboratorioj en San José (Kalifornio), vicigis 35 ksenonatomojn por precize aranĝi la literojn I B M. Post malmultaj monatoj japanaj Hitachi-teknikistoj gravuris la bondeziron Peace '91 forportante kelkdekon da sulfuratomoj el kristalo da molibdena disulfato. La konkuron de plejmalgrandigo verŝajne gajnis, en 1991, Christopher Lutz, William Rudge kaj la jam citita Donald Eigler, kiuj realigis eksterordinaran “unuatoman ŝaltilon”. Utiligante skanmikroskopon, ili sukcesis movi ksenonatomon tien kaj reen inter la pinto de la mikroskopo kaj elektrodo el nikelo, irigante aŭ haltigante la kurenton, tutsame kiel kutiman ŝaltilon por lampoj.

Russel Tyalor kaj Warren Robinett, ĉe la usona Universitato Chapel Hill (Norda Karolino), parigante la tunelefikan mikroskopon kaj la teknikojn de virtuala realo, fabrikis instrumenton baptitan nanomanipulatoro: la mikroskopo akiras la bildon de la surfaco, tridimensie sendata al taŭga kasko; tiu, kiu ĝin surmetas, spertas la sensacon troviĝi inter la atomoj kaj ilin tuŝi dum delokiĝo.

La tunelefika mikroskopo povas fakte utili kiel plurcela instrumento; per trafa ŝanĝo de ties pintoj - same kiel borilo - oni povas pluki, movi aŭ munti ĉiajn molekulojn. Aŭ, kiel Stanford H. Newmann, ĉizi la unuan paĝon de A Tale of Two Cities (Rakonto pri du urboj) sur silicia ĉipo. Aŭ, kiel IBM-teknikistoj, skulpti per etaj orglobetoj mapon de nia tero laŭskale 1:10 000 000 000 000. Aŭ, kiel esploristoj ĉe la Naciaj Laboratorioj en Los Alamos (Usono), stori la enhavon de 12 000 disketoj en ŝtala pinglo 25 milimetrojn longa.

Nanosurprizoj

Kompreneble, la “skulptado” je niveloj molekula aŭ atoma estas tre komplika kaj peniga, almenaŭ nuntempe. Ekzemple, esploristoj de Xerox teorie pruvis la stabilecon de “globlagro” konsistanta el nuraj 2808 atomoj, sed neniu ĝis nun klopodis realigi tion. La realigoj fakte rilatas al objektoj iom pli “grandaj”, kiel la turbino kreita ĉe la Bell-laboratorioj fare de William Trimmer, Kaigham Gabriel kaj Mehran Mehregany per metodo simila al fotogravurado. En maldika tavolo de plursilicio sur plato el silicia dioksido, ili reproduktis la desegnon de dentradoj kaj la tuton mergis en banon de plasmo; la partoj ne ŝirmitaj eroziiĝis, dum perfekte elstaris la dentradoj de la turbino. Ĝi ekfunkcias danke al malforta aerbloveto kaj, havante diametron de 0,1 milimetro, ĝi estas pli malgranda ol la punkto fine de ĉi tiu linio.

Eĉ pli mikroskopa estas la motoro farita de Richard Muller, ĉe la Kalifornia Universitato en Berkeley. Malpli longa ol centono de milimetro, ĝi tute glate funkcias per statika elektro. Ĝi konsistas el rado, kies dentoj (malgrandaj kiel ruĝaj globuloj) estas elektraj polusoj; ĉirkaŭe kuŝas cirkle aliaj polusoj, sinsekve trairataj de malforta kurento, kiuj unu post la alia altiras la dentojn de la rado kaj ĝin movas. Nu, por estigi povon “utilan” necesas rapidega rotacio, egale al miloj da turniĝoj sekunde. Ĉe la Bell-laboratorioj oni produktis nanomotoron kiu, kvankam peza je gramokvarono, kapablas deloki objekton 200-graman (kiel tri ekzemplerojn de MONATO ).

La aplikebloj de la nanoteknologio estos senfinaj. Ekzemple, en kampo kuraca, ŝipetoj mikroskopaj, pli etaj ol homa ĉelo, travojaĝos la arteriojn por elimini gluaĵojn el kolesterolo. Inteligentaj piloloj ellasos la ĝustan kvanton da medikamento en la ĝusta momento. Liliputaj boatoj patrolos la tutan korpon por forigi danĝerajn virusojn aŭ bakteriojn. Etetaj akumulatoroj alternos ŝargi la pilojn de korstimulilo. Malgrandaj sensiloj kontrolos la staton de paciento dum kirurgia operacio. Nevideblaj abakoj nombros limfocitojn aŭ spermatozoojn ...

La turbinon de Gabriel kaj Mehregany, post iaj perfektigoj, oni povos enigi en ĉipojn kaj uzi ventolile por malvarmigi cirkvitojn.

Kaj per miliardoj da mikrocirkvitoj en etetaj ĉipoj eble naskiĝos komputiloj tiom kompleksaj, ke ili montros juĝkapablon kaj inteligenton homnivelajn.

Optikaj fibroj, kiuj ĉiam pli anstataŭas la malnovajn telefonkablojn, posedas la plej altan rendimenton nur kondiĉe, ke la unuopaj filamentoj kuŝu enkable sen kontakto aŭ frotiĝo. La teknologio nuntempa ankoraŭ ne sukcesas optimume atingi tian fajnan kontrolon. Sed kelkaj milionoj da mikroskopaj enkablaj maŝinoj povos perfekte liniigi la fibrojn, ilin periode purigi, ripari difektojn, devojigi aŭ interrompi la lumradiojn ...

Kaj estontece ...

Se la aplikaĵoj ĵus cititaj aspektas nekredeblaj, nu jen, kelkaj esploristoj celas eĉ pli malproksimen. Ilia heroldo estas Eric Drexler, inĝeniero ĉe la Stanford-Universitato, kiu en Engines of Creation (Maŝinoj de kreado, 1987) bildigis panoramojn nekredeblajn sed embarase verŝajnajn: aŭtomatojn kapablajn agi en homĉeloj, eltiri energion el glukozo kaj oksigeno sangaj, kontroli kaj rebonigi la filamentojn de DNA, elimini kancerĉelojn, operacii cerbojn kaj neŭronojn; svarmojn da nanomaŝinoj kapablaj realigi kopiojn de si mem el krudmaterialoj, disigi forĵetaĵojn laŭ ties atomoj kaj meti en la ujojn ĝustajn; eĉ etajn aŭtomatojn projekciitajn por rearanĝi la atomojn de karbonpeco kaj tiel krei brilajn diamantojn ...

Realigoj tiaj kompreneble ne estos tre baldaŭaj, kaj krome ili ne estas sendanĝeraj. Se mikromaŝino obliĝpova eskapus el ĉia regado, ekzemple, ĝiaj sennombraj “idoj” baldaŭ “malmuntus” urbojn, bestojn kaj homojn, kaj la tutan planedon transformus en vastegan - mortintan - deponejon de bone katalogitaj kemiaĵoj.

Kaj problemoj aperos ankaŭ el socia vidpunkto. Se la nanomaŝinoj kapablos ĉiun balaaĵon ŝanĝi en valoraĵojn, la materiala riĉeco perdos ajnan sencon: kiel adaptos sin la homaro? Se ĉiaj malsanoj malaperos, aŭ oni eĉ eltrovos la ŝlosilon de la senmorteco? Oni devos nepre forĝi respondojn novajn, kaj ne tute facilajn ...

Kaj fine: se ni ne estus la nuraj, kiuj prilaboras nanoteknologion? Tia estas la hipotezo de Kevin J. Anderson kaj Doug Beason. En la romano Assemblers of Infinity (Muntantoj de la infinito, 1992) ili priskribas eksterteran rason kiu, anstataŭ sendi spacen granddimensiajn sondilojn, bezonantajn grandan provizon da karburaĵo kaj vojaĝantajn nur laŭ modera rapido, disĵetas tra la steloj svarmojn da mikrorobotoj. Malgrandegaj kiel partikloj, sed “inteligentaj” kiel komputiloj, tiaj aŭtomatoj vojaĝas preskaŭ lumrapide. Alveninte al taŭga sunsistemo, ili komencas sin reprodukti kaj la planedojn igi loĝeblaj de la malgrandaj disvolviĝantaj embrioj. Kaj, kompreneble, eĉ la embrioj estas faraĵoj de la mikromaŝinoj!

Ĉu sciencfikcio? Sendube. Plurfoje, tamen, sciencfikciaj verkistoj sukcesis diveni estontaĵojn pli precize ol futurologoj. Do, ni atendu la aperon de vastegaj ... mikroskopaj horizontoj!

Gianfranco CAZZARO


Indekso
Lasta adapto: mardo 8 junio 1999 13:48:16